JP2023085433A - Quantum state conversion method, apparatus, and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、量子計算技術分野に関し、特に量子情報処理技術分野に関し、具体的に、量子状態の変換方法、装置及び電子機器に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to the field of quantum computing technology, in particular to the field of quantum information processing technology, and specifically to a quantum state conversion method, apparatus, and electronic equipment.
量子状態の変換は、量子情報処理における一つ基本的な問題であり、量子技術を実用化させるキーポイントのステップでもある。一つの応用シーン、例えば、量子状態純粋化シーンにおいて、ノイズが含まれる二つ以上の初期量子状態を許可可能な操作でノイズが比較的低いターゲット量子状態に変換することができ、且つ、ターゲット量子状態と理想量子状態との間の忠実度が一定の閾値に達することが求められる。
現在、一般的にマルチコピーのターゲット量子状態の変換方策を用い、量子状態の変換を実現し、即ち、大量のコピーの初期量子状態を一括して複数のコピーのターゲット量子状態に変換する。
Quantum state transformation is one of the fundamental problems in quantum information processing, and a key step in the practical application of quantum technology. In one application scenario, for example, a quantum state purification scenario, two or more initial noisy quantum states can be transformed into target quantum states with relatively low noise by permissible operations, and the target quantum state is It is required that the fidelity between the state and the ideal quantum state reaches a certain threshold.
At present, multi-copy target quantum state transformation strategies are generally used to achieve quantum state transformation, that is, a large number of copies of the initial quantum state are transformed into multiple copies of the target quantum state at once.
本開示は、量子状態の変換方法、装置及び電子機器を提供する。 The present disclosure provides quantum state conversion methods, devices, and electronic devices.
本開示の第1態様によれば、量子状態の変換方法を提供し、
ターゲット変換関係に基づいて、第1量子状態の第1量子システムを構築することであって、前記第1量子状態は、K個の初期量子状態を含み、前記ターゲット変換関係は、N個の前記初期量子状態とM個のターゲット量子状態との変換関係であり、前記第1量子システムは、M個の第1量子状態成分を含み、前記第1量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記第1量子状態を得ることができ、NとMは、いずれも1より大きい整数であり、NはM以上であり、Kは、NをMで割った値を基に小数点以下切り上げて得られたものであることと、
前記第1量子状態及び第2量子状態に基づいて、補助量子状態の第2量子システムを構築することであって、前記第2量子状態は、プリセット量子状態に基づいて前記ターゲット量子状態を前記第1量子状態のヒルベルト空間に埋め込んで得られたものであり、前記第2量子システムは、M-1個の第1サブ量子システムを含み、前記第1サブ量子システムは、M個の第2量子状態成分を含み、前記第2量子状態成分は、前記第1量子状態又は前記第2量子状態であり、前記第2量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記補助量子状態を得ることができることと、
前記ターゲット変換関係での量子状態の変換操作、前記第1量子システム及び前記第2量子システムに基づいて、K個の前記初期量子状態及び前記補助量子状態に対して量子状態の変換を行い、前記ターゲット量子状態及び前記補助量子状態を得ることと、を含む。
According to a first aspect of the present disclosure, a method for transforming quantum states is provided, comprising:
constructing a first quantum system in a first quantum state based on a target transformation relation, said first quantum state comprising K initial quantum states, said target transformation relation comprising N said A transformation relationship between an initial quantum state and M target quantum states, wherein the first quantum system includes M first quantum state components, the first quantum state components being superimposed with uniform probability. can obtain the first quantum state, N and M are both integers greater than 1, N is greater than or equal to M, and K is the value obtained by dividing N by M, rounded up to the nearest whole number and
constructing a second quantum system of auxiliary quantum states based on the first quantum state and the second quantum state, the second quantum state transforming the target quantum state to the second quantum state based on a preset quantum state; obtained by embedding in a Hilbert space of one quantum state, wherein the second quantum system includes M−1 first sub-quantum systems, and the first sub-quantum system includes M second quantum a state component, wherein the second quantum state component is the first quantum state or the second quantum state; and the second quantum state component is superimposed with uniform probability to obtain the auxiliary quantum state. what you can do and
performing quantum state transformation on the K initial quantum states and the auxiliary quantum states based on the quantum state transformation operation in the target transformation relation, the first quantum system and the second quantum system; obtaining a target quantum state and the auxiliary quantum state.
本開示の第2態様によれば、量子状態の変換装置を提供し、
ターゲット変換関係に基づいて、第1量子状態の第1量子システムを構築するように構成される第1構築モジュールであって、前記第1量子状態は、K個の初期量子状態を含み、前記ターゲット変換関係は、N個の前記初期量子状態とM個のターゲット量子状態との変換関係であり、前記第1量子システムは、M個の第1量子状態成分を含み、前記第1量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記第1量子状態を得ることができ、NとMは、いずれも1より大きい整数であり、NはM以上であり、Kは、NをMで割った値を基に小数点以下切り上げて得られたものである第1構築モジュールと、
前記第1量子状態及び第2量子状態に基づいて、補助量子状態の第2量子システムを構築するように構成される第2構築モジュールであって、前記第2量子状態は、プリセット量子状態に基づいて前記ターゲット量子状態を前記第1量子状態のヒルベルト空間に埋め込んで得られたものであり、前記第2量子システムは、M-1個の第1サブ量子システムを含み、前記第1サブ量子システムは、M個の第2量子状態成分を含み、前記第2量子状態成分は、前記第1量子状態又は前記第2量子状態であり、前記第2量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記補助量子状態を得ることができる第2構築モジュールと、
前記ターゲット変換関係での量子状態の変換操作、前記第1量子システム及び前記第2量子システムに基づいて、K個の前記初期量子状態及び前記補助量子状態に対して量子状態の変換を行い、前記ターゲット量子状態及び前記補助量子状態を得るように構成される量子状態の変換モジュールと、を含む。
According to a second aspect of the present disclosure, an apparatus for transforming quantum states is provided, comprising:
A first construction module configured to construct a first quantum system in a first quantum state based on a target transformation relation, wherein the first quantum state includes K initial quantum states and the target A transformation relation is a transformation relation between the N initial quantum states and M target quantum states, the first quantum system including M first quantum state components, the first quantum state components being , the first quantum state can be obtained by being superposed with uniform probability, N and M are both integers greater than 1, N is greater than or equal to M, and K is N divided by M. a first construction module obtained by rounding up the decimal point based on the value obtained;
a second construction module configured to construct a second quantum system of auxiliary quantum states based on the first quantum state and a second quantum state, wherein the second quantum state is based on a preset quantum state; is obtained by embedding the target quantum state in the Hilbert space of the first quantum state, wherein the second quantum system includes M−1 first sub-quantum systems, and the first sub-quantum system includes M second quantum state components, wherein said second quantum state components are said first quantum state or said second quantum state, and said second quantum state components are superimposed with uniform probability a second construction module capable of obtaining said auxiliary quantum state by
performing quantum state transformation on the K initial quantum states and the auxiliary quantum states based on the quantum state transformation operation in the target transformation relation, the first quantum system and the second quantum system; a quantum state transformation module configured to obtain a target quantum state and the auxiliary quantum state.
本開示の第3態様によれば、電子機器を提供し、
少なくとも一つのプロセッサ、及び
前記少なくとも一つのプロセッサに通信可能に接続されるメモリを含み、
前記メモリには、前記少なくとも一つのプロセッサによって実行可能な命令が記憶され、前記命令が前記少なくとも一つのプロセッサによって実行されるとき、前記少なくとも一つのプロセッサは、第1態様におけるいずれかの方法を実行させることができる。
本開示の第4態様によれば、コンピュータ命令が記憶される非一時的コンピュータ可読記憶媒体を提供し、前記コンピュータ命令は、前記コンピュータに第1態様におけるいずれかの方法を実行させるために用いられる。
According to a third aspect of the present disclosure, an electronic device is provided,
at least one processor; and memory communicatively coupled to the at least one processor;
The memory stores instructions executable by the at least one processor, and when the instructions are executed by the at least one processor, the at least one processor performs any of the methods of the first aspect. can be made
According to a fourth aspect of the present disclosure, there is provided a non-transitory computer-readable storage medium having computer instructions stored thereon, said computer instructions being used to cause said computer to perform any of the methods of the first aspect. .
本開示の第5態様によれば、コンピュータプログラム製品を提供し、コンピュータプログラムを含み、前記コンピュータプログラムがプロセッサによって実行されるとき、第1態様におけるいずれかの方法を実現させる。 According to a fifth aspect of the disclosure, there is provided a computer program product, comprising a computer program, for implementing any of the methods of the first aspect when said computer program is executed by a processor.
本開示の技術的解決手段により、マルチコピーのターゲット量子状態の変換方策の変換コストが比較的高い問題を解決し、量子状態の変換の全体的なコストを低減させる。 The technical solution of the present disclosure solves the problem that the transformation cost of multi-copy target quantum state transformation strategy is relatively high, and reduces the overall cost of quantum state transformation.
この部分に記載した内容は、本開示の実施例のキーポイントや重要な特徴を特定することを意図するものではなく、また、本開示の範囲を限定するために用いられるものでもないことは理解されるべきである。本開示の他の特徴は、以下の明細書により理解されやすいようになる。 It is understood that nothing contained in this section is intended to identify key or important features of embodiments of the disclosure, nor is it intended to be used to limit the scope of the disclosure. It should be. Other features of the present disclosure will become easier to understand with the following specification.
以下の図面は、本方策をより良く理解するために用いられ、本開示に対する限定を構成するものではない。 The following drawings are used for a better understanding of this approach and do not constitute limitations on the disclosure.
以下は図面を参照して本願の例示的な実施例を説明し、中には理解を促すために本開示の実施例の様々な詳細が含まれるが、それが例示的な内容に過ぎないと考えられるべきである。従って、当業者であれば、本願の範囲や趣旨から逸脱せずここに記載の実施例に対し様々な変更や修正を行うことができることは理解されるべきである。また、以下の説明では、明確化及び簡略化のため、周知の機能及び構造に対する説明は省略する。 The following describes exemplary embodiments of the present application with reference to the drawings, in which various details of embodiments of the disclosure are included for the sake of understanding and are intended to be exemplary only. should be considered. Accordingly, it should be understood by those skilled in the art that various changes and modifications can be made to the embodiments described herein without departing from the scope and spirit of this application. Also, in the following description, descriptions of well-known functions and structures are omitted for clarity and brevity.
第1実施例
図1に示すように、本開示は、量子状態の変換方法を提供し、以下のステップS101~S103を含む。
First Embodiment As shown in FIG. 1, the present disclosure provides a quantum state transformation method, including the following steps S101-S103.
ステップS101において、ターゲット変換関係に基づいて、第1量子状態の第1量子システムを構築し、前記第1量子状態は、K個の初期量子状態を含み、前記ターゲット変換関係は、N個の前記初期量子状態とM個のターゲット量子状態との変換関係であり、前記第1量子システムは、M個の第1量子状態成分を含み、前記第1量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記第1量子状態を得ることができる。 In step S101, construct a first quantum system of a first quantum state based on a target transformation relation, said first quantum state comprising K initial quantum states, said target transformation relation comprising N said A transformation relationship between an initial quantum state and M target quantum states, wherein the first quantum system includes M first quantum state components, the first quantum state components being superimposed with uniform probability. Thus, the first quantum state can be obtained.
ここで、NとMは、いずれも1より大きい整数であり、NはM以上であり、Kは、NをMで割った値を基に小数点以下切り上げて得られたものである。 Here, both N and M are integers greater than 1, N is greater than or equal to M, and K is obtained by dividing N by M and rounding up the decimal point.
本実施例において、量子状態の変換方法は、量子計算技術分野に関し、特に量子情報処理技術分野に関するものであり、それは、量子状態純粋化シーンに広く適用され得る。 In this embodiment, the quantum state transformation method relates to the quantum computing technical field, especially to the quantum information processing technical field, and it can be widely applied to the quantum state purification scene.
例えば、フォールトトレラント量子計算において、1つの特殊な量子状態、例えば、マッジク量子状態(magic state)に対して純粋化操作を行い、それにより、量子計算結果の誤差を低減することが出来る。また、例えば、量子ネットワーク通信において、エンタングルメント(Entanglement)量子状態を純粋化することにより、エンタングルメントを用いて量子通信を行う際の情報伝達の忠実度を補強することができる。即ち、量子状態の変換、特に、量子状態純粋化操作は、フォールトトレラント量子計算と量子ネットワーク通信を実現させるのに必要なステップである。 For example, in fault-tolerant quantum computation, a purifying operation can be performed on one special quantum state, eg, the magic quantum state, thereby reducing the error in the quantum computation result. Also, for example, in quantum network communication, purifying the entanglement quantum state can enhance the fidelity of information transfer when performing quantum communication using entanglement. That is, quantum state transformations, especially quantum state purification operations, are necessary steps to realize fault-tolerant quantum computing and quantum network communication.
本開示の実施例の量子状態の変換方法は、本開示の実施例の量子状態の変換装置によって実行され得る。本開示の実施例の量子状態の変換装置は、任意の電子機器に配置され、それにより、本開示の実施例の量子状態の変換方法を実行する。当該電子機器は、サーバであってもよいし、端末装置であってもよく、ここでは具体的に限定しない。 The quantum state transformation method of the embodiments of the present disclosure may be performed by the quantum state transformation apparatus of the embodiments of the present disclosure. The quantum state transformation apparatus of the embodiments of the present disclosure is arranged in any electronic device, thereby performing the quantum state transformation method of the embodiments of the disclosure. The electronic device may be a server or a terminal device, and is not specifically limited here.
最も理想的な量子状態純粋化の方策は、複数のノイズが含まれる初期量子状態を一つのノイズが低いターゲット量子状態に変換し、即ち、シングルコピーターゲット量子状態の変換を実現させ、同時に使用される初期量子状態の数はなるべく少ないことを確保する。変換を完成させるために許容される操作制限と変換した後の量子状態忠実度の閾値要求とのため、シングルコピーターゲット量子状態の変換方策は必ず存在するものではない。即ち、触媒量子状態の補助がない場合、シングルコピーターゲット量子状態の変換コストには理論的な限界が存在し、この限界より低い変換を完成できない可能性がある。 The most ideal quantum state purification strategy transforms multiple noisy initial quantum states into one low-noise target quantum state, i.e., realizes a single-copy target quantum state transformation, and simultaneously uses ensure that the number of initial quantum states in Due to the operational limitations allowed to complete the transformation and the threshold requirements for quantum state fidelity after transformation, there is no single-copy target quantum-state transformation strategy. That is, without the assistance of a catalyst quantum state, there is a theoretical limit to the conversion cost of a single-copy target quantum state, below which it may not be possible to complete a conversion.
1つよく使われる解決手段は、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策であり、即ち、同時に大量のコピーの初期量子状態を一括して複数のコピーのターゲット量子状態に変換し、このように、ターゲット変換関係を実現し、N個のコピーの初期量子状態を一括してM個のコピーのターゲット量子状態に変換し、即ち、N個のコピーの初期量子状態を消費し、それにより、M個のコピーのターゲット量子状態を取得することができる。ここで、1個のコピーの量子状態は、一つの寄存器に記憶される量子状態を指してもよく、即ち、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策においてN個の寄存器に記憶される初期量子状態を消費する必要があり、それにより、M個のターゲット量子状態を取得する。 One popular solution is the multi-copy target quantum state transformation strategy, i.e., simultaneously transforming a large number of copies of the initial quantum state into multiple copies of the target quantum state collectively, thus, the target transformation Realizing the relation, collectively transforming the initial quantum state of N copies into the target quantum state of M copies, i.e., consuming the initial quantum state of N copies, thereby producing M copies can obtain the target quantum state of Here, one copy of the quantum state may refer to the quantum state stored in one collocator, i.e., the initial quantum state stored in the N collocators in the transformation strategy of the multi-copy target quantum state is must be consumed, thereby obtaining M target quantum states.
このような変換方式は、ターゲット量子状態の忠実度が閾値要求に達するようにさせ、且つ一つごとのターゲット量子状態を取得するために使用される初期量子状態の平均個の数が比較的少なく、即ち、比較的低い平均コストで変換を完成することができる。しかしながら、大量の変換を行う必要があるので、使用される初期量子状態の合計数が比較的多く、予算の制御を超えやすく、また、取得した大量のターゲット量子状態は、実際に使用される必要がある数を超える可能性があり、無駄になるようにさせる。例えば、フォールトトレラント量子計算に使用されるマジック量子状態純粋化において、大量の変換により平均コストを低減することができるが、トータルコストが、膨大である。 Such a transformation scheme allows the target quantum state fidelity to reach the threshold requirement, and the average number of initial quantum states used to obtain each target quantum state is relatively small. That is, the conversion can be completed at a relatively low average cost. However, because of the large amount of transformations that need to be performed, the total number of initial quantum states used is relatively large, easily exceeding budgetary control, and the large number of target quantum states obtained is not needed for actual use. can exceed a certain number, causing them to be wasted. For example, in magic quantum state purification used in fault-tolerant quantum computing, a large number of transformations can reduce the average cost, but the total cost is huge.
従って、本実施例は、触媒量子状態の補助での量子状態の変換方策を提供し、触媒量子状態、即ち、補助量子状態の補助で、任意のマルチコピーターゲット量子状態の変換方策を、触媒量子状態の補助でのシングルコピーターゲット量子状態の変換方策に変換し、このように、量子状態の変換の全体的なコストを大きく低減させることができる。 Thus, the present embodiment provides a strategy for transforming quantum states with the assistance of a catalytic quantum state, and transforms a strategy for transforming any multi-copy target quantum state with the assistance of a catalytic quantum state, i.e., with the assistance of a catalytic quantum state, into A state-assisted single-copy target quantum-state transformation strategy can thus be used to greatly reduce the overall cost of quantum-state transformation.
例えば、フォールトトレラント量子計算シーンでのマッジク量子状態純粋化に適用され、マルチコピーマッジク量子状態純粋化の方策をシングルコピーマッジク量子状態純粋化の方策に変換し、純粋化コストを低減し、計算の正確性を向上させることできる。 For example, it is applied to Magick quantum state purification in fault-tolerant quantum computing scene, transforming multi-copy Magick quantum state purification policy into single-copy Magick quantum state purification policy, reducing the purification cost and reducing computational complexity. Accuracy can be improved.
また、例えば、量子ネットワーク通信に適用され、主流の量子ネットワークアーキテクチャは量子テレポーテーション伝態を採用して量子状態伝送を行うため、伝送される量子状態が破壊されないように、量子テレポーテーション伝態に係るエンタングルメント量子状態に対して純粋化操作を先に行う必要がある。マルチコピーエンタングルメント量子状態純粋化の方策をシングルコピーエンタングルメント量子状態純粋化の方策に変換することにより、エンタングルメント量子状態純粋化のコストを低減し、エンタングルメントの変換の精度を向上させることに寄与し、それにより、量子状態が伝送されるときの忠実度をさらに向上させることができる。 In addition, for example, it is applied to quantum network communication, and the mainstream quantum network architecture adopts quantum teleportation transmission to perform quantum state transmission. A purification operation must be performed on such entangled quantum states first. By transforming the multi-copy entanglement quantum state purification policy into a single-copy entanglement quantum state purification policy, we reduce the cost of the entanglement quantum state purification and improve the accuracy of the entanglement transformation. contribution, thereby further improving the fidelity when the quantum state is transmitted.
即ち、仮にターゲット変換関係が成立する場合、当該ターゲット変換関係は、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策Fにより実現され得、N個のコピーの初期量子状態ρを、M(M≦N)個のコピーの理想量子状態に変換し、変換して得られたターゲット量子状態ηMと理想量子状態
図2は、ターゲット変換関係を説明する模式図であり、図2に完璧な変換(即ち、ε=0、変換して得られたターゲット量子状態と理想量子状態は同一であり、且つ、p=100%を表し、各ターゲット量子状態はいずれも変換に成功したことを表す)の状況が描かれており、具体的な実施はそれに限定されない。仮にマルチコピーターゲット量子状態の変換方策Fが存在してN=15個のコピーの初期量子状態ρ(ドット201で表す)をM=5個のコピーのターゲット量子状態σ(ドット202で表す)に変換し、即ち、図2において取得するターゲット量子状態は、完璧な変換の理想的な状況に対応し、即ち、5個のコピーのターゲット量子状態、
例を挙げると、図3に示すように、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策が挙げられており、即ち、200個のコピーの初期量子状態を100個のコピーのターゲット量子状態に変換し、本実施例は、このマルチコピーターゲット量子状態の変換方策を触媒量子状態の補助でのシングルコピーターゲット量子状態の変換方策に変換することができる。具体的に、触媒量子状態の補助で、2個のコピーの初期量子状態と触媒量子状態とを利用して量子状態の変換を完成し、即ち、1個のコピーのターゲット量子状態を取得することができる。 By way of example, as shown in FIG. 3, a strategy for transforming a multi-copy target quantum state is given, i.e. transforming the initial quantum state of 200 copies into the target quantum state of 100 copies; Embodiments can transform this multi-copy target quantum-state transformation strategy into a single-copy target quantum-state transformation strategy with the assistance of a catalyst quantum state. Specifically, with the help of the catalyst quantum state, two copies of the initial quantum state and the catalyst quantum state are used to complete the quantum state transformation, that is, one copy of the target quantum state is obtained. can be done.
具体的な実現において、ターゲット変換関係が成立した場合、1個のごとのターゲット量子状態を取得するために使用される初期量子状態の平均個の数Kを決定し得る。Kは、NをMで割った値に基づいて小数点以下切り上げて得られたものであり、即ち、K=[N/M]、K個のコピーの量子状態ρを1セットにし、
その後、第1量子状態の第1量子システムを構築することができ、当該第1量子システムはM個の第1量子状態成分を含んでもよく、このM個の第1量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより第1量子状態を得ることができる。 A first quantum system in a first quantum state can then be constructed, the first quantum system may include M first quantum state components, the M first quantum state components being uniform A first quantum state can be obtained by being superimposed with probability.
1つ選択可能な実施形態において、第1量子状態をM個の成分に分け、各成分は1/M個の第1量子状態であり、M個の成分を重畳して第1量子状態を得ることができ、M個の成分に基づいて第1量子システムを構築することができる。 In one alternative embodiment, the first quantum state is divided into M components, each component being 1/M of the first quantum states, and the M components are superimposed to obtain the first quantum state. , and a first quantum system can be constructed based on the M components.
別の選択可能な実施形態において、第1量子状態を成分として、M個の成分を1/Mの均一な確率で重畳して第1量子状態を得ることができ、このM個の成分に基づいて第1量子システムを構築することができる。図5に示すように、当該列は、第1量子システムを表し、当該列の各行は、一つの第1量子状態成分を表す。 In another optional embodiment, taking the first quantum state as a component, the M components can be superimposed with a uniform probability of 1/M to obtain the first quantum state, and based on the M components can be used to construct the first quantum system. As shown in FIG. 5, the column represents the first quantum system and each row of the column represents one first quantum state component.
ステップS102において、第1量子状態及び第2量子状態に基づいて、補助量子状態の第2量子システムを構築し、前記第2量子状態は、プリセット量子状態に基づいて前記ターゲット量子状態を前記第1量子状態のヒルベルト空間に埋め込んで得られたものであり、前記第2量子システムは、M-1個の第1サブ量子システムを含み、前記第1サブ量子システムは、M個の第2量子状態成分を含み、前記第2量子状態成分は、前記第1量子状態又は前記第2量子状態であり、前記第2量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記補助量子状態を得ることができる。 In step S102, construct a second quantum system of auxiliary quantum states based on a first quantum state and a second quantum state, wherein the second quantum state converts the target quantum state to the first quantum state based on a preset quantum state. embedded in a Hilbert space of quantum states, wherein the second quantum system includes M−1 first sub-quantum systems, and the first sub-quantum system includes M second quantum states wherein the second quantum state component is the first quantum state or the second quantum state, and the second quantum state components are superimposed with uniform probability to obtain the auxiliary quantum state. can be done.
当該ステップにおいて、第2量子状態は、プリセット量子状態に基づいてターゲット量子状態を第1量子状態のヒルベルト空間に埋め込んで得られたものである。ここで、プリセット量子状態は、いずれか1つ作製可能な量子状態、例えば、作製し易い零状態であってもよい。
一般的な場合、初期量子状態ρと変換したターゲット量子状態ηとは同じヒルベルト空間Sに位置し、即ち、対応する密度マトリックスは、同一のマトリックス次元数を有する。そして、第1量子状態はK個の初期量子状態の組み合わせによって得られるものであり、即ち、第1量子状態は、高次元ヒルベルト空間SKの量子状態であり、プリセット量子状態、例えば、零状態に基づいて一つのヒルベルト空間Sのターゲット量子状態を一つの高次元ヒルベルト空間T=SKに埋め込んで、埋め込んだ後の量子状態は、第2量子状態である。具体的な埋め込む方式は、以下の
η
である場合、ε(W)は、第2量子状態である。
In this step, the second quantum state is obtained by embedding the target quantum state into the Hilbert space of the first quantum state based on the preset quantum state. Here, the preset quantum state may be any one producible quantum state, for example, a zero state that is easy to produce.
In the general case, the initial quantum state ρ and the transformed target quantum state η lie in the same Hilbert space S, ie the corresponding density matrices have the same matrix dimensionality. And the first quantum state is obtained by combining K initial quantum states, i.e., the first quantum state is the quantum state of the high-dimensional Hilbert space SK , and the preset quantum state, for example, the zero state The target quantum state of one Hilbert space S is embedded in one high-dimensional Hilbert space T=S K based on and the quantum state after embedding is the second quantum state. The specific embedding method is as follows.
, then ε(W) is the second quantum state.
補助量子状態は、触媒量子状態と呼ばれてもよく、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策を触媒量子状態の補助でのシングルコピーターゲット量子状態の変換方策に変換することができる。具体的には、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策のターゲット変換関係での量子状態の変換操作に基づいて、触媒量子状態の補助で、第1量子状態を触媒量子状態と共に変換し、それにより、K個のコピーの初期量子状態を消費することを実現し、1個のコピーのターゲット量子状態を取得してもよい。即ち、本実施例において、触媒量子状態の補助で、K個の寄存器に記憶される初期量子状態を消費するだけで、一つのターゲット量子状態を取得することができ、このように、シングルコピーターゲット量子状態の変換コストには理論的な限界が存在する束縛を破ることができる。 The auxiliary quantum state may be referred to as a catalyst quantum state, and can transform a multi-copy target quantum state transformation policy into a single-copy target quantum state transformation policy with the assistance of the catalyst quantum state. Specifically, transforming the first quantum state together with the catalyst quantum state, with the aid of the catalyst quantum state, based on the transformation operation of the quantum states in the target transformation relationship of the multi-copy target quantum state transformation strategy, thereby: Consuming K copies of the initial quantum state may be realized to obtain one copy of the target quantum state. That is, in this embodiment, with the help of the catalyst quantum state, one target quantum state can be obtained only by consuming the initial quantum states stored in the K contributors, thus, a single copy target The constraint that there is a theoretical limit to the cost of transforming quantum states can be broken.
第1量子状態及び第2量子状態に基づいて、補助量子状態の第2量子システムを構築し、それにより、第1量子状態の変換を補助する。ここで、構築される第2量子システムは、M-1個の第1サブ量子システムを含んでもよく、且つ、各第1サブ量子システムは、M個の第2量子状態成分を含んでもよく、このように、構築された第2量子システムにおける各第1サブ量子システムと第1量子システムとの構造が同一であるようにさせ、それにより、第1量子状態は補助量子状態とマージして共に変換され得るようにさせる。 Based on the first quantum state and the second quantum state, a second quantum system of auxiliary quantum states is constructed to assist the transformation of the first quantum state. wherein the constructed second quantum system may include M-1 first sub-quantum systems, and each first sub-quantum system may include M second quantum state components; In this way, the structures of each first sub-quantum system and the first quantum system in the constructed second quantum system are made to be identical, whereby the first quantum state merges with the auxiliary quantum state together. allow it to be converted.
且つ、第2量子システムは、M-1個の第1サブ量子システムを含み、第1量子システムが第2量子システムとスティッチングされた後、M個のサブ量子システムを備え得るようにさせ、それにより、M個のサブ量子システムの同じ次元でのM個の量子状態成分(即ち、M*K個の量子状態を含む)に対してターゲット変換関係での量子状態の変換操作を実行することができる。当該量子状態の変換操作は、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策を実現させ、即ち、N個の初期量子状態(即ち、M*K個の初期量子状態)をM個のターゲット量子状態に変換することを実現させることができる。 and the second quantum system includes M-1 first sub-quantum systems, and can have M sub-quantum systems after the first quantum system is stitched with the second quantum system; Thereby, performing a quantum state transformation operation in the target transformation relation on M quantum state components (i.e., containing M*K quantum states) in the same dimension of the M sub-quantum systems. can be done. The quantum state transformation operation implements a multi-copy target quantum state transformation strategy, i.e., transforms N initial quantum states (i.e., M*K initial quantum states) into M target quantum states. can be realized.
具体的な構築過程において、第2量子状態成分を第1量子状態又は第2量子状態に設定し、且つ、第2量子システムには少なくともM-1個の第2量子状態成分が第1量子状態であることを確保する必要があり、それにより、第1量子システムが第2量子システムとスティッチングされた後、ターゲット変換関係での量子状態の変換操作を実行することができる。 In a specific construction process, the second quantum state component is set to the first quantum state or the second quantum state, and the second quantum system has at least M-1 second quantum state components in the first quantum state. , so that after the first quantum system is stitched with the second quantum system, the quantum state transformation operation in the target transformation relationship can be performed.
1つ選択可能な実施形態において、如何なる変換操作を実行しない場合でもターゲット変換関係での量子状態の変換操作を実行することができるために、第2量子システムにおけるM-1個の第1サブ量子システムの同じ次元でのM-1個の量子状態成分を第1量子状態に設定してもよい。ここで、変換操作は、変換量子状態成分が位置する次元又は量子状態成分が位置する量子システムを指してもよい。例えば、第2量子システムにおけるM-1個の第1サブ量子システムのM個の目の次元でのM-1個の量子状態成分を第1量子状態に設定してもよい。 In one alternative embodiment, the M−1 first sub-quantum M−1 quantum state components in the same dimension of the system may be set to the first quantum state. Here, the transform operation may refer to the dimension in which the transformed quantum state component is located or the quantum system in which the quantum state component is located. For example, M−1 quantum state components in the M-th dimension of the M−1 first sub-quantum systems in the second quantum system may be set to the first quantum state.
1つ選択可能な実施形態において、第2量子システムは、図6に示すように構成してもよく、当該図面において、各列は、一つの第1サブ量子システムを表し、即ち、当該第2量子システムは、4個の第1サブ量子システムを含んでもよく、各行は、一つの第2量子状態成分を表し、即ち、各第1サブ量子システムは、5個の第2量子状態成分を含んでもよく、ここで、一部の第2量子状態成分601は、第1量子状態に設定され、他の一部の第2量子状態成分602は、第2量子状態に設定されてもよい。完全の補助量子状態は、すべての行が表す第2量子状態成分が均一な確率で重畳されることにより得られるものである。
In one alternative embodiment, the second quantum system may be configured as shown in FIG. 6, where each column represents one first sub-quantum system, i.e. the second The quantum system may include four first sub-quantum systems, each row representing one second quantum state component, i.e. each first sub-quantum system includes five second quantum state components. Alternatively, some of the second
ステップS103において、前記ターゲット変換関係での量子状態の変換操作、前記第1量子システム及び前記第2量子システムに基づいて、K個の前記初期量子状態及び前記補助量子状態に対して量子状態の変換を行い、前記ターゲット量子状態及び前記補助量子状態を得る。 In step S103, quantum state transformation for the K initial quantum states and the auxiliary quantum states based on the quantum state transformation operation in the target transformation relationship, the first quantum system and the second quantum system. to obtain the target quantum state and the auxiliary quantum state.
当該ステップにおいて、量子状態の変換操作は、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策を実現させ、即ち、N個の初期量子状態をM個のターゲット量子状態に変換することを実現させることができる。 In this step, the quantum state transformation operation can realize a multi-copy target quantum state transformation strategy, that is, transforming N initial quantum states into M target quantum states.
1つ選択可能な実施形態において、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策Fを設定し、NがM*Kより小さい場合、M*K-N個のコピーの初期量子状態を先にドロップし、続いて、Fを残りのコピーの初期量子状態ρに作用し(M個の第1量子状態に作用することに相当する)、それによって、ターゲット変換関係での量子状態の変換操作を実現させる。 In one alternative embodiment, if we set a multi-copy target quantum state transformation strategy F such that if N is less than M*K, we drop M*K−N copies of the initial quantum state first, then , operate F on the initial quantum state ρ of the remaining copies (corresponding to operating on the M first quantum states), thereby realizing a transformation operation of the quantum states in the target transformation relation.
他の選択可能な実施形態において、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策Fは、M*K個の初期量子状態、即ち、M個の第1量子状態701を変換してターゲット量子状態を得ることができ、そして、ηMと表記され、当該量子状態は、M個のヒルベルト空間Sにおける量子状態を指してもよい。
In another optional embodiment, the multi-copy target quantum state transformation strategy F may transform M*K initial quantum states, i.e., M first
図7に示すように、各ヒルベルト空間Sを一つの高次元ヒルベルト空間T=SKに埋め込んで、埋め込んだ後の対応する量子状態を
第1量子システムと第2量子システムとをスティッチングし、それにより、第1量子状態と触媒量子状態とを共に変換してもよく、そのスティッチング方式は、第1量子システムスを第2量子システムの前にティッチングするものであってもよく、第1量子システムを第2量子システムの後ろにスティッチングしてもよく、ここでは具体的に限定しない。 A first quantum system and a second quantum system may be stitched together, thereby transforming the first quantum state and the catalyst quantum state together, the stitching scheme moving the first quantum system to the second quantum system. The system may be stitched before, or the first quantum system may be stitched after the second quantum system, and is not specifically limited herein.
スティッチングして得られた第1ターゲット量子システムに基づいていくつかの操作を実行してもよく、当該操作は、ターゲット変換関係での量子状態の変換操作含んでもよく、それにより、ターゲット変換関係を実現させることができるマルチコピーターゲット量子状態の変換方策を触媒量子状態の補助でのシングルコピーターゲット量子状態の変換方策に変換し、それにより、K個のコピーの初期量子状態のみを消費することにより、1個のコピーのターゲット量子状態を取得することを実現させる。 A number of operations may be performed based on the first target quantum system obtained by stitching, the operations may include transforming the quantum states in the target transform relation, whereby the target transform relation into a single-copy target quantum-state transformation policy with the assistance of a catalytic quantum state, thereby consuming only K copies of the initial quantum state. makes it possible to obtain one copy of the target quantum state.
ここで、第1量子状態と触媒量子状態とを共に変換することは、触媒量子状態の補助で第1量子状態をターゲット量子状態に変換し、且つ、第1量子状態をターゲット量子状態に変換するとともに、触媒量子状態を還元することができ、即ち、触媒量子状態が変換前後で変化しないことを指してもよい。 Here, transforming the first quantum state and the catalyst quantum state together includes transforming the first quantum state to the target quantum state with the assistance of the catalyst quantum state and transforming the first quantum state to the target quantum state. It may also refer to that the catalyst quantum state can be reduced, ie, that the catalyst quantum state does not change before and after conversion.
本実施例において、ターゲット変換関係に基づいて、第1量子状態の第1量子システムを構築し、第1量子状態及び第2量子状態に基づいて、補助量子状態の第2量子システムを構築し、ターゲット変換関係での量子状態の変換操作、第1量子システムと第2量子システムに基づいて、K個の初期量子状態と補助量子状態に対して量子状態の変換を行うことにより、ターゲット量子状態及び補助量子状態を得る。このように、触媒量子状態を使用することにより、任意のマルチコピーターゲット量子状態の変換方策を触媒補助でのシングルコピーターゲット量子状態の変換方策に変換し、且つ、補助量子状態が前後で変化しないことを保持することができ、それにより、量子状態の変換の全体的なコストを大きく低減し、且つ、量子状態が変換可能な範囲を拡大することができる。 In this embodiment, constructing a first quantum system of a first quantum state based on the target transformation relationship, constructing a second quantum system of an auxiliary quantum state based on the first quantum state and the second quantum state, Based on the quantum state transformation operation in the target transformation relationship, the first quantum system and the second quantum system, performing quantum state transformations on the K initial quantum states and the auxiliary quantum states, thereby obtaining the target quantum state and Obtain an auxiliary quantum state. Thus, by using the catalyst quantum state, any multi-copy target quantum state transformation policy is transformed into a catalyst-assisted single-copy target quantum state transformation policy, and the auxiliary quantum state does not change before and after. , which greatly reduces the overall cost of transforming quantum states and expands the range over which quantum states can transform.
選択可能に、前記ステップS102は、具体的に、
次元指標のM個の状態に基づいて、M-1個の前記第1サブ量子システムの、各前記状態が指示する次元での前記第2量子状態成分を構築し、前記第2量子システムを得ることであって、前記次元指標は、前記第2量子状態成分の次元を指示するために用いられることと、
前記状態が指示する次元はiである場合、M-1個の前記第1サブ量子システムのうちの最初のi-1個のサブ量子システムの、i個の目の次元での前記第2量子状態成分を前記第1量子状態と設定し、M-1個の前記第1サブ量子システムのうちのM-i個のサブ量子システムの、i個の目の次元での前記第2量子状態成分を前記第2量子状態と設定することであって、iは、M以下の正の整数であることと、を含む。
Selectably, said step S102 specifically includes:
constructing the second quantum state components in the dimension indicated by each of the states of the M−1 first sub-quantum systems based on the M states of the dimension index to obtain the second quantum system; wherein the dimension index is used to indicate the dimension of the second quantum state component;
when the dimension indicated by the state is i, the second quantum in the i-th dimension of the first i-1 sub-quantum systems among the M-1 first sub-quantum systems; setting the state component as the first quantum state, and determining the second quantum state component in the i-th dimension of Mi sub-quantum systems among the M-1 first sub-quantum systems; as the second quantum state, wherein i is a positive integer less than or equal to M.
本実施形態において、次元指標は、次元数がMである一つの指標であってもよく、それは、M個の状態を含み、|i〉〈i|で表されてもよく、1≦i≦M-1であり、第2量子状態成分の次元を指示するために用いられる。 In this embodiment, the dimensional index may be an index whose dimensionality is M, which includes M states and may be represented by |i><i|, where 1≤i≤ M−1 and is used to indicate the dimension of the second quantum state component.
量子状態
上記の式(1)で構築された補助量子状態の第2量子システムは、図6に示すものであってもよく、当該触媒量子状態ω、即ち、補助量子状態の第2量子システムは、M-1個の量子システムT(即ち、列で表される第1サブ量子システム)と一つの次元数がMである古典システム(即ち、次元がMである第2量子状態成分のシステム)とを含んでもよく、各行は、補助量子状態の一つの量子状態成分を表し、完全の触媒量子状態は、すべての行で表される量子状態成分によって均一な確率で重畳して得られる。ここで、量子システムTは、量子状態がヒルベルト空間Tに位置する量子システムを表すことができる。 The second quantum system of auxiliary quantum states constructed in equation (1) above may be as shown in FIG. - One quantum system T (i.e., the first sub-quantum system represented by a sequence) and a classical system of dimension M (i.e., a system of second quantum state components of dimension M) Each row represents one quantum state component of the auxiliary quantum state, and the complete catalytic quantum state is obtained by overlapping with uniform probability the quantum state components represented by all the rows. Here, a quantum system T can represent a quantum system whose quantum states are located in the Hilbert space T.
具体的な構築方式は、以下のように説明する。所与された次元指標i(1≦i≦M)に対し、M-1個の第1サブ量子システムにおける最初のi―1個のサブ量子システムを第1量子状態
本実施形態において、次元指標のM個の状態に基づいて、M-1個の前記第1サブ量子システムの、各前記状態が指示する次元での前記第2量子状態成分を構築し、前記第2量子システムを得、前記次元指標は、前記第2量子状態成分の次元を指示するために用いられる。このように、触媒量子状態の構築を実現させることができる。 In the present embodiment, constructing the second quantum state components in the dimension indicated by each of the states of the M−1 first sub-quantum systems based on the M states of the dimension index; Obtaining a two-quantum system, the dimension index is used to indicate the dimension of the second quantum state component. Thus, the construction of catalytic quantum states can be realized.
選択可能に、前記第2量子システムは、M-1個のターゲット量子状態成分を含み、M-1個の前記ターゲット量子状態成分は、同じ次元に位置し、且つ、M-1個の前記ターゲット量子状態成分は同一であり、前記ターゲット量子状態成分は、前記第1量子状態であり、前記ステップS103は、具体的に、
前記第1量子システムと前記第2量子システムとをスティッチングし、第1ターゲット量子システムを得ることであって、前記第1ターゲット量子システムにおいて前記第1量子システムは、前記第2量子システムの前に配列されることと、
M個の第3量子状態成分に対して前記量子状態の変換操作を実行し、第2ターゲット量子システムを得ることであって、M個の前記第3量子状態成分は、前記第1量子状態成分及びM-1個の前記ターゲット量子状態成分を含み、前記量子状態の変換操作は、M個の前記第1量子状態をM個の前記第2量子状態に変換することを含むことと、
前記第2ターゲット量子システムに対して量子状態の交換操作を実行し、第3ターゲット量子システムを得ることであって、前記第3ターゲット量子システムにおける第2サブ量子システムは、M個の前記第2量子状態を含み、前記第2サブ量子システムは、M-1個の第3サブ量子システムの前に配列され、前記第3サブ量子システムは、前記第3ターゲット量子システムにおける前記第2サブ量子システム以外の他のサブ量子システムであり、M-1個の前記第3サブ量子システムとM-1個の前記第1サブ量子システムは同一であることと、
前記第2サブ量子システムに対して還元操作を実行し、前記ターゲット量子状態を得ることと、
M-1個の前記第3サブ量子システムにおける各次元の量子状態成分を均一な確率で重畳し、前記補助量子状態を得ることと、を含む。
Optionally, the second quantum system includes M-1 target quantum state components, the M-1 target quantum state components located in the same dimension, and the M-1 target quantum state components. The quantum state components are the same, the target quantum state component is the first quantum state, and step S103 specifically includes:
stitching the first quantum system and the second quantum system to obtain a first target quantum system, wherein in the first target quantum system the first quantum system is before the second quantum system; be arranged in
performing the quantum state transformation operation on M third quantum state components to obtain a second target quantum system, wherein the M third quantum state components are the first quantum state components; and M−1 of the target quantum state components, wherein the quantum state transformation operation comprises transforming M of the first quantum states into M of the second quantum states;
performing a quantum state swap operation on the second target quantum system to obtain a third target quantum system, wherein the second sub-quantum systems in the third target quantum system comprise M the second comprising quantum states, wherein the second sub-quantum system is arranged before M-1 third sub-quantum systems, the third sub-quantum systems being the second sub-quantum systems in the third target quantum system; is another sub-quantum system other than, and the M-1 third sub-quantum systems and the M-1 first sub-quantum systems are the same;
performing a reduction operation on the second sub-quantum system to obtain the target quantum state;
obtaining the auxiliary quantum state by superposing the quantum state components of each dimension in the M−1 third sub-quantum systems with uniform probability.
本実施形態において、第2量子システムは、M-1個のターゲット量子状態成分を含んでもよく、M-1個のターゲット量子状態成分は、同じ次元に位置し、且つ、M-1個のターゲット量子状態成分は同一であり、ターゲット量子状態成分は、第1量子状態である。 In this embodiment, the second quantum system may include M−1 target quantum state components, the M−1 target quantum state components are located in the same dimension, and the M−1 target quantum state components The quantum state components are identical and the target quantum state component is the first quantum state.
図6に示すように、第2量子システムにおけるM個の目の次元でのM-1個の第2量子状態成分は、いずれも第1量子状態である。下記の触媒量子状態は、図6を例として、当該触媒量子状態の補助で、K個の初期量子状態に対して量子状態の変換を行う方策を詳しく説明する。
第1量子システムと第2量子システムとをスティッチングし、第1ターゲット量子システムを得てもよく、スティッチング過程において、第1量子システムを第2量子システムの前に配列してもよく、
stitching the first quantum system and the second quantum system to obtain a first target quantum system, arranging the first quantum system before the second quantum system in the stitching process;
第1ターゲット量子システムは、図8に示すように、破線の左のサブ量子システムは、第1量子システムであり、破線の右のサブ量子システムは、第2量子システムである。第1ターゲット量子システムは、M個の量子システムTtと次元がMである1つの古典システムを含んでもよい。 As for the first target quantum system, as shown in FIG. 8, the sub-quantum system to the left of the dashed line is the first quantum system, and the sub-quantum system to the right of the dashed line is the second quantum system. The first target quantum system may include M quantum systems Tt and one classical system of dimension M.
その後、第1ターゲット量子システムに一つ古典システムを制御ビットとして、量子システムを被制御ビットとする制御操作を施し、第2ターゲット量子システムを得る。具体的に、制御操作は、
マルチコピーターゲット量子状態の変換方策Fは一定の成功又は失敗の確率を有するので、Fを施すとき、実験が失敗した場合、実験が成功するまで、触媒量子状態を再作製し、量子状態の変換を再び実行する。 Since the transformation policy F of the multi-copy target quantum state has a certain probability of success or failure, when applying F, if the experiment fails, recreate the catalyst quantum state and transform the quantum state until the experiment succeeds. again.
実験が成功した後の量子状態をν1と表記し、当該量子状態ν1の第2ターゲット量子システムは、図9に示すように、第2ターゲット量子システムにおけるM個の目の次元でのM個の量子状態成分が既にM個の第1量子状態からM個の第2量子状態に変換することに成功したことは図9から見えられ、ここで、M=5である。 The quantum state after a successful experiment is denoted by ν 1 , and the second target quantum system in that quantum state ν 1 is M It can be seen from FIG. 9 that the quantum state components have already been successfully transformed from M first quantum states to M second quantum states, where M=5.
その後、第2ターゲット量子システムに量子状態の交換操作を実行して、第3ターゲット量子システムを得ることができる。ここで、量子状態の交換操作は、量子状態成分の次元交換操作、及び/又は、量子状態の量子システム交換操作を含んでもよく、量子状態成分の次元交換操作を、量子状態成分の次元を交換し、それにより、量子状態成分を一つの次元から他の次元に変換することを指し、量子状態の量子システム交換操作とは、量子状態の量子システムを交換し、それにより、量子状態を一つの量子システムを他の量子システムに変換することを指す。 A quantum state swap operation can then be performed on the second target quantum system to obtain a third target quantum system. Here, the quantum state exchange operation may include a dimension exchange operation of quantum state components and/or a quantum system exchange operation of quantum states. and thereby transforming a quantum state component from one dimension to another dimension, and a quantum system exchange operation of quantum states means exchanging a quantum system of quantum states, thereby transforming a quantum state into one dimension. Refers to transforming a quantum system into another quantum system.
第3ターゲット量子システムは、第2サブ量子システム及び第3サブ量子システムを含んでもよく、第2サブ量子システムは、最も前に配列される量子システムであり、第3サブ量子システムは、第2サブ量子システムの後ろに配列され、第3ターゲット量子システムは、M-1個の第3サブ量子システムを含んでもよい。 The third target quantum system may include a second sub-quantum system and a third sub-quantum system, the second sub-quantum system being the frontmost quantum system, and the third sub-quantum system being the second sub-quantum system. Arranged after the sub-quantum systems, the third target quantum system may include M-1 third sub-quantum systems.
量子状態の交換操作の目的は、量子状態成分の次元交換操作、及び/又は、量子状態の量子システム交換操作により、最も前に配列される量子システム(配列位置がK個の初期量子状態の量子システム、即ち、第1量子システムに対応する)に含まれるM個の量子状態成分をM個の第2量子状態に変換し、第2サブ量子システムを得る。 The purpose of the quantum state exchange operation is to replace the quantum system (the quantum system of the initial quantum state with K array positions) by the dimension exchange operation of the quantum state components and/or the quantum system exchange operation of the quantum state. The M quantum state components contained in the system, ie corresponding to the first quantum system, are transformed into M second quantum states to obtain a second sub-quantum system.
1つ選択可能な実施形態において、量子状態の交換操作により、第3ターゲット量子システムを得ることができ、図10に示すように、第2サブ量子システム1001は、5個の第2量子状態1002を含んでもよく、第2量子状態1002は、ターゲット量子状態10021と埋め込まれたプリセット量子状態10022を含んでもよい。
In one alternative embodiment, a quantum state exchange operation can result in a third target quantum system, and as shown in FIG. , and the second
第2量子状態はプリセット量子状態に基づいてターゲット量子状態を第1量子状態のヒルベルト空間に埋め込んで得られたものであるので、このように、第2サブ量子システム、即ち、M個の第2量子状態に対して還元操作を実行し、ターゲット量子状態の量子システムを得ることができ、そして、ターゲット量子状態の量子システムに基づいて、当該ターゲット量子状態を得ることができる。ここで、還元操作は、第2量子状態における埋め込む位置にあるプリセット量子状態をドロップし、即ち、削除することを指してもよい。 Since the second quantum state is obtained by embedding the target quantum state into the Hilbert space of the first quantum state based on the preset quantum state, thus, the second sub-quantum system, i.e., the M second quantum states, is obtained. A reduction operation can be performed on a quantum state to obtain a quantum system in a target quantum state, and the target quantum state can be obtained based on the quantum system in the target quantum state. Here, the reduction operation may refer to dropping or deleting the preset quantum state at the embedding position in the second quantum state.
第1ターゲット量子システムに対して量子状態の変換操作と量子状態の交換操作とを実行することにより、ターゲット量子状態を得るとともに、補助量子状態を還元することができる。図10に示すように、第3ターゲット量子システムは、補助量子状態の第2量子システム配列位置にある量子システム1003をさらに含み、即ち、M-1個の第3サブ量子システムを含み、第3ターゲット量子システムにおける補助量子状態の第2量子システム配列位置にある量子システム1003と、図6に示す補助量子状態の第2量子システムとは同一である。このように、M-1個の第3サブ量子システムにおける各次元の量子状態成分を均一な確率で重畳することにより、補助量子状態を得ることができ、このように後続に繰り返して使用され得る。
A target quantum state can be obtained and an auxiliary quantum state can be reduced by performing a quantum state conversion operation and a quantum state exchange operation on the first target quantum system. As shown in FIG. 10, the third target quantum system further includes a
本実施形態において、第1量子システムと第2量子システムとをスティッチングすることにより、第1ターゲット量子システムを得、M個の第3量子状態成分に対して量子状態の変換操作を実行し、第2ターゲット量子システムを得、第2ターゲット量子システムに対して量子状態の交換操作を実行し、第3ターゲット量子システムを得、第3ターゲット量子システムにおける第2サブ量子システムは、M個の第2量子状態を含み、第2サブ量子システムに対して還元操作を実行し、ターゲット量子状態を得る。このように、第1量子システムと第2量子システムとをスティッチングして第1ターゲット量子システムを得ることに基づいて、第1ターゲット量子システムに対して一連の操作(ターゲット変換関係での量子状態の変換操作、量子状態の交換操作及び還元操作を含む)を実行することにより、配列位置においてK個の初期量子状態に対応する量子システム、即ち、第1量子システムをターゲット量子状態の量子システムに変換することができ、それにより、触媒量子状態の補助で、K個のコピーの初期量子状態を消費することにより1個のコピーのターゲット量子状態を変換して得ることを実現させることができ、このように、量子状態の変換の全体的なコストを大きく低減させる。 In this embodiment, stitching the first quantum system and the second quantum system to obtain a first target quantum system, performing a quantum state transformation operation on the M third quantum state components, Obtaining a second target quantum system, performing a quantum state exchange operation on the second target quantum system, obtaining a third target quantum system, wherein a second sub-quantum system in the third target quantum system comprises M th A reduction operation is performed on the second sub-quantum system comprising two quantum states to obtain a target quantum state. Thus, based on stitching the first quantum system and the second quantum system to obtain the first target quantum system, a series of operations (quantum states in target transformation relation transformation operation, quantum state exchange operation and reduction operation) to transform the quantum system corresponding to the K initial quantum states at the array position, i.e. the first quantum system, into the quantum system of the target quantum state capable of transforming, thereby realizing, with the aid of the catalyst quantum state, transforming one copy of the target quantum state by consuming K copies of the initial quantum state; Thus, the overall cost of transforming quantum states is greatly reduced.
選択可能に、前記第2ターゲット量子システムに対して量子状態の交換操作を実行し、第3ターゲット量子システムを得ることは、
次元を基準とし、前記第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対して第1ローテーション(Rotation)操作を実行し、第4ターゲット量子システムを得ることと、
サブ量子システムを基準とし、前記第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対して第2ローテーション操作を実行し、前記第3ターゲット量子システムを得ることと、を含む。
Optionally, performing a quantum state swap operation on the second target quantum system to obtain a third target quantum system comprises:
taking a dimension as a reference and performing a first rotation operation on quantum state components of each dimension in the second target quantum system to obtain a fourth target quantum system;
taking a sub-quantum system as a reference and performing a second rotation operation on each sub-quantum system in the fourth target quantum system to obtain the third target quantum system.
本実施形態において、量子状態の交換操作は、第1ローテーション操作及び第2ローテーション操作を含んでもよく、第1ローテーション操作は、量子状態成分の次元交換操作に対応してもよく、量子状態成分を一つの次元から他の次元に変換するために用いられ、第2ローテーション操作は、量子状態の量子システム交換操作に対応してもよく、量子状態を一つの量子システムから他の量子システムに変換するために用いられる。 In this embodiment, the quantum state exchange operation may include a first rotation operation and a second rotation operation, the first rotation operation may correspond to the dimension exchange operation of the quantum state components, and the quantum state components may be Used to transform from one dimension to another, the second rotation operation may correspond to a quantum system exchange operation of quantum states, transforming quantum states from one quantum system to another. used for
ここで、ローテーションは、すべての量子成分の変換が完成するまで量子状態成分を順次変換することを指してもよく、そして、次元を基準とすることは、一つの次元の量子状態成分を他の次元に一括して変換することを指し、サブ量子システムを基準とすることは、量子状態におけるすべての量子状態成分を一つのサブ量子システムから他のサブ量子システムに一括して変換することを指す。 Here, rotation may refer to sequentially transforming the quantum state components until the transformation of all quantum components is completed, and taking the dimension as a reference refers to transforming the quantum state components of one dimension to another. Refers to collectively transforming into dimensions, and referencing a subquantum system refers to collectively transforming all quantum state components in a quantum state from one subquantum system to another. .
第1ローテーション操作は、1回、2回以上のローテーションを含んでもよく、ローテーションの順番は、次元の昇順に従ってもよいが、大きい方から小さい方への順番に従ってもよく、第2ローテーション操作は、1回、2回以上のローテーションを含んでもよく、ローテーションの順番は、前から後ろへのサブ量子システムの配列順番に従ってもよいが、後ろから前への配列順番に従ってもよく、ここではいずれも具体的に限定しない。 The first rotation operation may include one, two or more rotations, the order of rotation may be in ascending order of dimension, but may also be in order from largest to smallest, and the second rotation operation may include: One, two or more rotations may be included, and the order of rotation may follow the ordering order of the sub-quantum systems from front to back, or may follow the ordering order from back to front, neither of which is specified here. not strictly limited.
次元を基準として、任意のローテーションステップサイズで第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対して第1ローテーション操作を実行し、第4ターゲット量子システムを得てもよい。1つ選択可能な実施形態において、ローテーションステップサイズは、1であってもよく、第1ローテーション操作は、1回ローテーションを含んでもよく、ローテーション順番は、次元の昇順に従ってもよい。 A fourth target quantum system may be obtained by performing a first rotation operation on the quantum state components of each dimension in the second target quantum system with an arbitrary rotation step size on the basis of the dimension. In one alternative embodiment, the rotation step size may be 1, the first rotation operation may include one rotation, and the rotation order may follow the ascending order of the dimensions.
サブ量子システムを基準として、任意のローテーションステップサイズで第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対して第2ローテーション操作を実行し、第3ターゲット量子システムを得る。1つ選択可能な実施形態において、ローテーションステップサイズは、1であってもよく、第2ローテーション操作は1回ローテーションを含んでもよく、ローテーション順番は、サブ量子システムの前から後ろへの配列順番に従ってもよい。 Taking the sub-quantum system as a reference, performing a second rotation operation on each sub-quantum system in the fourth target quantum system with an arbitrary rotation step size to obtain a third target quantum system. In one alternative embodiment, the rotation step size may be 1, the second rotation operation may comprise one rotation, and the rotation order is according to the front-to-back ordering order of the sub-quantum system. good too.
第2ターゲット量子システムにおける古典システムに対してユニタリ変換を施すことにより、第1ローテーション操作を実行してもよい。スワップ(SWAP)ゲートを介して第4ターゲット量子システムにおける異なるサブ量子システムを交換し、それにより、第2ローテーション操作を実行してもよい。 The first rotation operation may be performed by applying a unitary transformation to the classical system in the second target quantum system. A different sub-quantum system in the fourth target quantum system may be exchanged via a swap (SWAP) gate, thereby performing a second rotation operation.
本実施形態において、第1ローテーション操作及び第2ローテーション操作により、最も前に配列される量子システムに含まれるM個の量子状態成分をM個の第2量子状態に変換し、第2サブ量子システムを得ることができ、且つ、ローテーション方式による実現は比較的簡単である。 In this embodiment, by the first rotation operation and the second rotation operation, M quantum state components included in the quantum system arranged first are converted into M second quantum states, and the second sub-quantum system can be obtained, and the realization by the rotation scheme is relatively simple.
選択可能に、次元を基準とし、前記第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対して第1ローテーション操作を実行し、第4ターゲット量子システムを得ることは、
次元の昇順に従って、ローテーションステップサイズを1として前記第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対してローテーションを行い、第4ターゲット量子システムを得ることを含む。
Selectably, by dimension, performing a first rotation operation on quantum state components of each dimension in said second target quantum system to obtain a fourth target quantum system comprises:
Rotating quantum state components of each dimension in the second target quantum system with a rotation step size of 1 in ascending order of dimensions to obtain a fourth target quantum system.
本実施形態において、ローテーション順番は、次元の昇順に従い、ローテーションステップサイズが1であり、1回ローテーションのみを実行してもよく、ユニタリ変換は、下記の式(2)を採用して実現されることができる。
以上の式(2)において、量子状態ν1、即ち、第2ターゲット量子システムにおける古典システムの番号に対してローテーションを行い、即ち、すべての1≦i≦M-1に対して、|i〉〈i|を|i+1〉〈i+1|に変換し、|M〉〈M|を|1〉〈1|に変換してもよく、ローテーションの後の量子状態をν2と表記する。 In the above equation (2), the quantum state ν 1 , ie the number of classical systems in the second target quantum system, is rotated, ie for all 1≦i≦M−1, |i> We may transform <i| to |i+1><i+1| and |M><M| to |1><1|, denoting the quantum state after rotation as ν2 .
図9を例として、上式(2)に示すユニタリ変換を実行した後、図9におけるすべての行に対してローテーションを行い、最後の1行を第1行に移動し、第1行を第2行に移動してもよく、このように類推すると、図11に示すような第4ターゲット量子システムを得る。
Taking FIG. 9 as an example, after executing the unitary transformation shown in the above equation (2), all the rows in FIG. 9 are rotated, the last row is moved to the first row, and the first row is moved to We may move to
本実施形態において、次元の昇順に従って、ローテーションステップサイズが1であり、1回ローテーションの第1ローテーション操作のみを実行することにより、量子状態の交換操作をさらに簡略化し、それにより、量子状態の変換の処理を簡略化することができる。 In this embodiment, according to the ascending order of the dimensions, the rotation step size is 1, and only the first rotation operation of the one-time rotation is performed, further simplifying the quantum state exchange operation, so that the quantum state transformation processing can be simplified.
選択可能に、前記サブ量子システムを基準とし、前記第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対して第2ローテーション操作を実行し、前記第3ターゲット量子システムを得ることは、
サブ量子システムの前から後ろへの配列順番に従って、ローテーションステップサイズを1として前記第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対してローテーションを行い、前記第3ターゲット量子システムを得ることを含む。
Optionally, taking said sub-quantum system as a reference and performing a second rotation operation on each sub-quantum system in said fourth target quantum system to obtain said third target quantum system comprises:
Rotating each sub-quantum system in the fourth target quantum system with a rotation step size of 1 according to the front-to-back arrangement order of the sub-quantum systems to obtain the third target quantum system.
本実施形態において、ローテーション順番は、サブ量子システムの前から後ろへの配列順番に従って、ローテーションステップサイズが1であり、1回ローテーションのみを実行し、量子状態ν2、即ち、第4ターゲット量子システムのM個のサブ量子システムに対してローテーションを行い、サブ量子システムの番号が1,2,…,Mであると設定し、即ち、すべての1≦i≦M-1に対して、サブ量子システムiにおける量子状態をサブ量子システムi+1に変換し、サブ量子システムMにおける量子状態をサブ量子システム1に変換してもよい。具体的なローテーション方式は、隣接するサブ量子システムの間のSWAPゲートを実行することにより実現されることができ、ローテーション後の量子状態をν3と表記する。 In this embodiment, the rotation order is according to the front-to-back arrangement order of the sub-quantum systems, the rotation step size is 1, only one rotation is performed, and the quantum state ν 2 , that is, the fourth target quantum system , and set the numbers of the subquantum systems to be 1, 2, . The quantum state in system i may be transformed into sub-quantum system i+1, and the quantum state in sub-quantum system M may be transformed into sub-quantum system 1 . A specific rotation scheme can be realized by performing a SWAP gate between adjacent sub-quantum systems, denoting the quantum state after rotation as ν3 .
図11を例として、図11において得られる第4ターゲット量子システムに対してサブ量子システムのローテーションを行い、即ち、図11におけるすべての列に対してローテーションを行い、最後の1列を第1列に移動し、第1列を第2列に移動し、このように類推し、図10に示すような第3ターゲット量子システムを得る。 Taking FIG. 11 as an example, rotate the sub-quantum systems for the fourth target quantum system obtained in FIG. , moving the first column to the second column, and thus analogizing, we obtain the third target quantum system as shown in FIG.
本実施形態において、サブ量子システムの前から後ろへの配列順番に従って、ローテーションステップサイズが1であり、1回ローテーションの第2ローテーション操作のみを実行することにより、量子状態の交換操作をさらに簡略化し、それにより、量子状態の変換の処理を簡略化することができる。 In this embodiment, according to the front-to-back arrangement order of the sub-quantum system, the rotation step size is 1, and only the second rotation operation of one rotation is performed, thereby further simplifying the quantum state exchange operation. , thereby simplifying the process of transforming quantum states.
選択可能に、前記第2サブ量子システムに対して還元操作を実行し、前記ターゲット量子状態を得ることは、
M個の前記第2量子状態に埋め込まれた前記プリセット量子状態を削除し、第4サブ量子システムを得ることであって、前記第4サブ量子システムは、M個の第3量子状態を含み、前記第3量子状態は、前記プリセット量子状態を削除した後で得られた量子状態であることと、
M個の前記第3量子状態を均一な確率で重畳し、前記ターゲット量子状態を得ることと、を含む。
Selectably performing a reduction operation on the second sub-quantum system to obtain the target quantum state comprises:
removing the preset quantum states embedded in the M second quantum states to obtain a fourth sub-quantum system, the fourth sub-quantum system including M third quantum states; the third quantum state is a quantum state obtained after deleting the preset quantum state;
convolving the M third quantum states with uniform probability to obtain the target quantum state.
本実施形態において、第3ターゲット量子システムにおける第2サブ量子システムにおける各第2量子状態に対して処理を行ってもよく、具体的には各第2量子状態に埋め込まれたプリセット量子状態をドロップし、即ち、その1個の目の量子システムTにおいて埋め込まれたシステムSK-1をドロップし、第4サブ量子システムを取得してもよい。 In this embodiment, processing may be performed for each second quantum state in the second sub-quantum system in the third target quantum system, specifically dropping the preset quantum state embedded in each second quantum state. ie, drop the embedded system S K-1 in the first quantum system T and obtain the fourth sub-quantum system.
図12に示すように、図10において取得された量子状態の1個の目の量子システムTにおいて埋め込まれたシステムをドロップし、即ち、図10における第1列に対応するサークルのうちのドット10022をドロップし、第4サブ量子システムを得、第4サブ量子システムは、M個の第3量子状態1201を含んでもよく、M個の第3量子状態を均一な確率で重畳することにより、1個の目の量子システム、即ち、第4サブ量子システムにおける量子状態を出力し、当該量子状態は、ターゲット量子状態であり、このように、1個の目の量子システムにおける量子状態は、シングルコピーのターゲット量子状態であるようにさせる。そうすると、触媒量子状態の補助でのシングルコピーターゲット量子状態の変換を実現させ、即ち、K個のコピーの初期量子状態を消費して、1個のコピーのターゲット量子状態を取得することができる。
As shown in FIG. 12, drop the embedded system in the one-eyed quantum system T of the quantum state obtained in FIG. to obtain a fourth sub-quantum system, which may include M third
以下は、1つの具体的な例について、本実施例で提供される量子状態の変換方策を詳しく説明する。図13に示すように、当該示例は、以下のステップ1302~1309を含む。
ステップS1301において、マルチコピーターゲット量子状態の変換方策を入力し、そのパラメータは、F、N、M、ρ、σ、ε、p等を含んでもよい。
The following describes in detail the quantum state transformation strategy provided in this embodiment for one specific example. As shown in FIG. 13, the example includes the following steps 1302-1309.
In step S1301, input a transformation strategy for a multi-copy target quantum state, whose parameters may include F, N, M, ρ, σ, ε, p, and so on.
ステップS1302において、Kを計算し、初期量子状態を組み合わせ、図4に示すように、第1量子状態の第1量子システムを構築する。 In step S1302, K is calculated and the initial quantum states are combined to construct a first quantum system in the first quantum state, as shown in FIG.
ステップS1303において、図7に示すようにターゲット量子状態をヒルベルト空間Tに埋め込む。 In step S1303, the target quantum state is embedded in the Hilbert space T as shown in FIG.
ステップS1304において、触媒量子状態を構築し、図6に示す補助量子状態の第2量子システムを得る。 In step S1304, a catalyst quantum state is constructed to obtain a second quantum system of auxiliary quantum states shown in FIG.
ステップS1305において、図5に示す第1量子状態の第1量子システムと補助量子状態の第2量子システムとをスティッチングして、図8に示す第1ターゲット量子システムを得た後、第1ターゲット量子システムに対して量子状態の変換操作を実行し、図9に示す第2ターゲット量子システムを得る。 In step S1305, after stitching the first quantum system in the first quantum state and the second quantum system in the auxiliary quantum state shown in FIG. 5 to obtain the first target quantum system shown in FIG. A quantum state transformation operation is performed on the quantum system to obtain a second target quantum system shown in FIG.
ステップS1306において、次元の昇順に従って、ローテーションステップサイズを1として前記第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対してローテーションを行い、図11に示す第4ターゲット量子システムを得る。 In step S1306, the rotation step size is set to 1 and the quantum state components of each dimension in the second target quantum system are rotated in ascending order of dimensions to obtain the fourth target quantum system shown in FIG.
ステップS1307において、サブ量子システムの前から後ろへの配列順番に従って、ローテーションステップサイズを1として前記第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対してローテーションを行い、図10に示す第3ターゲット量子システムを得る。 In step S1307, according to the arrangement order of the sub-quantum systems from front to back, with a rotation step size of 1, each sub-quantum system in the fourth target quantum system is rotated, and the third target quantum system shown in FIG. 10 is rotated. get
ステップS1308において、埋め込まれた量子システムをドロップし、図12に示す量子システムを得る。 At step S1308, the embedded quantum system is dropped to obtain the quantum system shown in FIG.
ステップS1309において、図12に示す量子システムに基づいて、均一な確率で重畳することにより、シングルコピーターゲット量子状態及び補助量子状態を出力する。 In step S1309, based on the quantum system shown in FIG. 12, the single-copy target quantum state and the auxiliary quantum state are output by superposition with uniform probability.
第2実施例
図14に示すように、本開示は、量子状態の変換装置1400を提供し、
ターゲット変換関係に基づいて、第1量子状態の第1量子システムを構築するように構成される第1構築モジュール1401であって、前記第1量子状態は、K個の初期量子状態を含み、前記ターゲット変換関係は、N個の前記初期量子状態とM個のターゲット量子状態との変換関係であり、前記第1量子システムは、M個の第1量子状態成分を含み、前記第1量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記第1量子状態を得ることができ、NとMは、いずれも1より大きい整数であり、NはM以上であり、Kは、NをMで割った値を基に小数点以下切り上げて得られたものである第1構築モジュール1401と、
前記第1量子状態及び第2量子状態に基づいて、補助量子状態の第2量子システムを構築するように構成される第2構築モジュール1402であって、前記第2量子状態は、プリセット量子状態に基づいて前記ターゲット量子状態を前記第1量子状態のヒルベルト空間に埋め込んで得られたものであり、前記第2量子システムは、M-1個の第1サブ量子システムを含み、前記第1サブ量子システムは、M個の第2量子状態成分を含み、前記第2量子状態成分は、前記第1量子状態又は前記第2量子状態であり、前記第2量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記補助量子状態を得ることができる第2構築モジュール1402と、
前記ターゲット変換関係での量子状態の変換操作、前記第1量子システム及び前記第2量子システムに基づいて、K個の前記初期量子状態及び前記補助量子状態に対して量子状態の変換を行い、前記ターゲット量子状態及び前記補助量子状態を得るように構成される量子状態の変換モジュール1403と、を含む。
Second Embodiment As shown in FIG. 14, the present disclosure provides a quantum
A
A
performing quantum state transformation on the K initial quantum states and the auxiliary quantum states based on the quantum state transformation operation in the target transformation relation, the first quantum system and the second quantum system; a quantum
選択可能に、前記第2構築モジュール1402は、具体的に、
次元指標のM個の状態に基づいて、M-1個の前記第1サブ量子システムの、各前記状態が指示する次元での前記第2量子状態成分を構築し、前記第2量子システムを得ることであって、前記次元指標は、前記第2量子状態成分の次元を指示するために用いられることと、
前記状態が指示する次元はiである場合、M-1個の前記第1サブ量子システムのうちの最初のi-1個のサブ量子システムの、i個の目の次元での前記第2量子状態成分を前記第1量子状態と設定し、M-1個の前記第1サブ量子システムのうちのM-i個のサブ量子システムの、i個の目の次元での前記第2量子状態成分を前記第2量子状態と設定することであって、iはM以下の正の整数であることと、を実行するように構成される。
Optionally, said
constructing the second quantum state components in the dimension indicated by each of the states of the M−1 first sub-quantum systems based on the M states of the dimension index to obtain the second quantum system; wherein the dimension index is used to indicate the dimension of the second quantum state component;
when the dimension indicated by the state is i, the second quantum in the i-th dimension of the first i-1 sub-quantum systems among the M-1 first sub-quantum systems; setting the state component as the first quantum state, and determining the second quantum state component in the i-th dimension of Mi sub-quantum systems among the M-1 first sub-quantum systems; is set as the second quantum state, and i is a positive integer less than or equal to M.
選択可能に、前記第2量子システムは、M-1個のターゲット量子状態成分を含み、M-1個の前記ターゲット量子状態成分は、同じ次元に位置し、且つ、M-1個の前記ターゲット量子状態成分は同一であり、前記ターゲット量子状態成分は、前記第1量子状態であり、前記量子状態の変換モジュール1403は、
前記第1量子システムと前記第2量子システムとをスティッチングし、第1ターゲット量子システムを得るように構成されるスティッチングサブモジュールであって、前記第1ターゲット量子システムにおいて前記第1量子システムは、前記第2量子システムの前に配列されるスティッチングサブモジュールと、
M個の第3量子状態成分に対して前記量子状態の変換操作を実行し、第2ターゲット量子システムを得るように構成される第1操作サブモジュールであって、M個の前記第3量子状態成分は、前記第1量子状態成分及びM-1個の前記ターゲット量子状態成分を含み、前記量子状態の変換操作は、M個の前記第1量子状態をM個の前記第2量子状態に変換することを含む第1操作サブモジュールと、
前記第2ターゲット量子システムに対して量子状態の交換操作を実行し、第3ターゲット量子システムを得るように構成される第2操作サブモジュールであって、前記第3ターゲット量子システムにおける第2サブ量子システムは、M個の前記第2量子状態を含み、前記第2サブ量子システムは、M-1個の第3サブ量子システムの前に配列され、前記第3サブ量子システムは、前記第3ターゲット量子システムにおける前記第2サブ量子システム以外の他のサブ量子システムであり、M-1個の前記第3サブ量子システムとM-1個の前記第1サブ量子システムは同一である第2操作サブモジュールと、
前記第2サブ量子システムに対して還元操作を実行し、前記ターゲット量子状態を得るように構成される第3操作サブモジュールと、
M-1個の前記第3サブ量子システムにおける各次元の量子状態成分を均一な確率で重畳し、前記補助量子状態を得るように構成される重畳サブモジュールと、を含む。
Optionally, the second quantum system includes M-1 target quantum state components, the M-1 target quantum state components located in the same dimension, and the M-1 target quantum state components. the quantum state components are the same, the target quantum state component is the first quantum state, and the quantum
a stitching sub-module configured to stitch the first quantum system and the second quantum system to obtain a first target quantum system, wherein in the first target quantum system the first quantum system is , a stitching sub-module arranged in front of the second quantum system;
a first manipulation sub-module configured to perform a transformation operation of said quantum state on M third quantum state components to obtain a second target quantum system, wherein said M third quantum states; The components include the first quantum state component and the M−1 target quantum state components, and the quantum state transform operation transforms the M first quantum states into M the second quantum states. a first manipulation sub-module comprising:
a second manipulation sub-module configured to perform a quantum state exchange operation on the second target quantum system to obtain a third target quantum system, wherein a second sub-quantum in the third target quantum system; The system includes M said second quantum states, said second sub-quantum system being arranged in front of M-1 third sub-quantum systems, said third sub-quantum systems being aligned with said third target A second operation sub-quantum system other than the second sub-quantum system in the quantum system, wherein the M-1 third sub-quantum systems and the M-1 first sub-quantum systems are the same a module;
a third manipulation sub-module configured to perform a reduction operation on the second sub-quantum system to obtain the target quantum state;
a convolution sub-module configured to convolute the quantum state components of each dimension in the M−1 third sub-quantum systems with uniform probability to obtain the auxiliary quantum state.
選択可能に、前記第2操作サブモジュールは、
次元を基準とし、前記第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対して第1ローテーション操作を実行し、第4ターゲット量子システムを得るように構成される第1操作ユニットと、
サブ量子システムを基準とし、前記第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対して第2ローテーション操作を実行し、前記第3ターゲット量子システムを得るように構成される第2操作ユニットと、を含む。
Selectably, the second manipulation sub-module comprises:
a first operation unit configured to take a dimension as a reference and perform a first rotation operation on quantum state components of each dimension in the second target quantum system to obtain a fourth target quantum system;
a second operation unit configured to take a sub-quantum system as a reference and perform a second rotation operation on each sub-quantum system in the fourth target quantum system to obtain the third target quantum system. .
選択可能に、前記第1操作ユニットは、具体的に、
次元の昇順に従って、ローテーションステップサイズを1として前記第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対してローテーションを行い、第4ターゲット量子システムを得るように構成される。
Selectably, the first operating unit specifically:
It is configured to rotate the quantum state components of each dimension in the second target quantum system according to the ascending order of the dimensions with a rotation step size of 1 to obtain a fourth target quantum system.
選択可能に、前記第2操作ユニットは、具体的に、
サブ量子システムの前から後ろへの配列順番に従って、ローテーションステップサイズを1として前記第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対してローテーションを行い、前記第3ターゲット量子システムを得るように構成される。
Selectably, the second operating unit specifically:
rotating each sub-quantum system in the fourth target quantum system with a rotation step size of 1 according to the front-to-back arrangement order of the sub-quantum systems to obtain the third target quantum system; .
選択可能に、前記第3操作サブモジュールは、具体的に、
M個の前記第2量子状態に埋め込まれた前記プリセット量子状態を削除し、第4サブ量子システムを得ることであって、前記第4サブ量子システムは、M個の第3量子状態を含み、前記第3量子状態は、前記プリセット量子状態を削除した後で得られた量子状態であることと、
M個の前記第3量子状態を均一な確率で重畳し、前記ターゲット量子状態を得ることと、を実行するように構成される。
Selectably, the third manipulation sub-module specifically:
removing the preset quantum states embedded in the M second quantum states to obtain a fourth sub-quantum system, the fourth sub-quantum system including M third quantum states; the third quantum state is a quantum state obtained after deleting the preset quantum state;
convolving the M third quantum states with uniform probability to obtain the target quantum state.
本開示で提供される量子状態の変換装置1400は、量子状態の変換方法の実施例で実現される各過程を実現させることができ、且つ同一の有益な効果を達し、重複を回避するために、ここでは説明を省略する。
The quantum
本開示の技術案において、係るユーザ個の人情報の取得、記憶、使用、加工、伝送、提供及び開示などの処理は、いずれも関連する法律・法規の規定に適合し、且つ公序良俗に反するものではない。 In the technical solution of the present disclosure, the acquisition, storage, use, processing, transmission, provision, disclosure, etc. of the user's personal information conforms to the relevant laws and regulations and is contrary to public order and morals. isn't it.
本開示の実施例に基づいて、本開示は、電子機器、可読記憶媒体及びコンピュータプログラム製品をさらに提供する。 Based on the embodiments of the disclosure, the disclosure further provides an electronic device, a readable storage medium, and a computer program product.
図15は、本開示の実施例を実施するために使用される例示的な電子機器600の概略ブロック図を示している。電子機器は、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ワークステーション、パーソナルデジタルアシスタント、サーバ、ブレード型サーバ、メインフレームコンピュータ及びその他の適切なコンピュータ等の様々な形態のデジタルコンピュータを表すことを意図するものである。また、電子機器は、個の人デジタル処理、携帯電話、スマートフォン、ウェアラブル機器及びその他の類似するコンピューティング装置等の様々な形態のモバイル装置を表すことができる。なお、本開示に示したコンポーネント、それらの接続及び関係、及びそれらの機能はただの一例に過ぎず、本開示で説明及び/又は請求した本開示の実現を限定することを意図するものではない。 FIG. 15 shows a schematic block diagram of an exemplary electronic device 600 that may be used to implement embodiments of the present disclosure. Electronic equipment is intended to represent various forms of digital computers such as laptop computers, desktop computers, workstations, personal digital assistants, servers, blade servers, mainframe computers and other suitable computers. . Electronic devices can also represent various forms of mobile devices such as personal digital assistants, cell phones, smart phones, wearable devices and other similar computing devices. It should be noted that the components, their connections and relationships, and their functionality shown in this disclosure are exemplary only and are not intended to limit the implementation of the disclosure as described and/or claimed in this disclosure. .
図15に示すように、電子機器1500は、読み出し専用メモリ(ROM)1502に記憶されているコンピュータプログラム又は記憶ユニット1508からランダムアクセスメモリ(RAM)1503にロードされたコンピュータプログラムによって様々な適当な動作及び処理を実行することができる計算ユニット1501を備える。ランダムアクセスメモリ1503には、電子機器1500の動作に必要な様々なプログラム及びデータが更に格納されることが可能である。計算ユニット1501、ROM1502及びRAM1503は、バス1504を介して互いに接続されている。入力/出力(I/O)インターフェース1505もバス1504に接続されている。
As shown in FIG. 15,
電子機器1500において、キーボード、マウスなどの入力ユニット1506と、様々なタイプのディスプレイ、スピーカなどの出力ユニット1507と、磁気ディスク、光ディスクなどの記憶ユニット1508と、ネットワークカード、モデム、無線通信送受信機などの通信ユニット1509とを含む複数のコンポーネントは、I/Oインターフェース1505に接続されている。通信ユニット1509は、電子機器1500がインターネットなどのコンピュータネットワーク及び/又は様々な電気通信ネットワークを介して他の装置と情報又はデータのインタラクションを可能にする。
In the
計算ユニット1501は、処理及び計算能力を有する様々な汎用及び/又は専用処理コンポーネントであってもよい。計算ユニット1501のいくつかの例としては、中央処理ユニット(CPU)、グラフィックス処理ユニット(GPU)、様々な専用人工知能(AI)計算チップ、機械学習モデルアルゴリズムを実行する様々な計算ユニット、デジタル信号プロセッサ(DSP)、及び任意の適切なプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラなどを含むが、これらに限定されない。計算ユニット1501は、上述した量子状態の変換方法のような様々な方法及び処理を実行する。例えば、いくつかの実施例において、量子状態の変換方法は、記憶ユニット1508などの機械可読媒体に有形的に含まれるコンピュータソフトウェアプログラムとして実現されてもよい。いくつかの実施例において、コンピュータプログラムの一部又は全部は、ROM1502及び/又は通信ユニット1509を介して電子機器1500にロード及び/又はインストールされてもよい。コンピュータプログラムがRAM1503にロードされ、計算ユニット1501によって実行されるとき、上述の量子状態の変換方法の1つ又は複数のステップを実行可能である。あるいは、他の実施例において、計算ユニット1501は、他の任意の適切な形態によって(例えば、ファームウェアによって)量子状態の変換方法を実行するように構成されていてもよい。
本開示において、以上で説明したシステム及び技術の様々な実施形態はデジタル電子回路システム、集積回路システム、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、特定用途向け集積回路(ASIC)、特定用途向け標準製品(ASSP)、システムオンチップ(SOC)、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス(CPLD)、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、及び/又はそれらの組み合わせにおいて実現される。これらの各実施形態は、1つ又は複数のコンピュータプログラムに実装され、当該1つ又は複数のコンピュータプログラムは少なくとも1つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステムにおいて実行及び/又は解釈されることができ、当該プログラマブルプロセッサは専用又は汎用プログラマブルプロセッサであってもよく、記憶システム、少なくとも1つの入力装置及び少なくとも1つの出力装置からデータ及び指令を受信することができ、且つデータ及び指令を当該記憶システム、当該少なくとも1つの入力装置及び該少なくとも1つの出力装置に伝送することを含むことができる。 In this disclosure, the various embodiments of the systems and techniques described above include digital electronic circuit systems, integrated circuit systems, field programmable gate arrays (FPGAs), application specific integrated circuits (ASICs), application specific standard products (ASSPs) ), system-on-chip (SOC), complex programmable logic device (CPLD), computer hardware, firmware, software, and/or combinations thereof. Each of these embodiments may be implemented in one or more computer programs, which may be executed and/or interpreted in a programmable system including at least one programmable processor; The processor may be a dedicated or general purpose programmable processor, capable of receiving data and instructions from the storage system, at least one input device and at least one output device, and transmitting data and instructions to the storage system, the at least one transmitting to one input device and the at least one output device.
本開示の方法を実施するためのプログラムコードは、1つ又は複数のプログラミング言語のあらゆる組み合わせで作成することができる。これらのプログラムコードは、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラミング可能なデータ処理装置のプロセッサ又はコントローラに提供され得、これらのプログラムコードがプロセッサ又はコントローラによって実行されると、フローチャート及び/又はブロック図に規定された機能/操作が実施される。プログラムコードは、完全にデバイス上で実行されることも、部分的にデバイス上で実行されることも、スタンドアロンソフトウェアパッケージとして部分的にデバイス上で実行されながら部分的にリモートデバイス上で実行されることも、又は完全にリモートデバイスもしくはサーバ上で実行されうる。 Program code to implement the methods of the present disclosure may be written in any combination of one or more programming languages. These program codes may be provided to a processor or controller of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing apparatus, and when executed by the processor or controller, these program codes may be represented by flowchart illustrations and/or block diagrams. The functions/operations specified in are performed. The program code may run entirely on the device, partially on the device, or partially on the device and partially on the remote device as a stand-alone software package. or can be performed entirely on a remote device or server.
本開示のコンテキストでは、機械可読媒体は、有形の媒体であってもよく、命令実行システム、装置又は機器が使用するため、又は命令実行システム、装置又はデバイスと組み合わせて使用するためのプログラムを含むか、又は格納することができる。機械可読媒体は、機械可読信号媒体又は機械可読記憶媒体であり得る。機械可読媒体は、電子的な、磁気的な、光学的な、電磁的な、赤外線又は半導体のシステム、装置又は機器、又はこれらのあらゆる適切な組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。機械可読記憶媒体のより具体的な例には、1本又は複数本のケーブルに基づく電気的接続、携帯型コンピュータディスク、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ(EPROM又はフラッシュメモリ)、光ファイバ、コンパクトディスク読み取り専用メモリ(CD-ROM)、光学記憶装置、磁気記憶装置、又はこれらのあらゆる適切な組み合わせが含まれ得る。 In the context of this disclosure, a machine-readable medium may be a tangible medium and includes a program for use by or in conjunction with an instruction execution system, apparatus or device. or can be stored. A machine-readable medium may be a machine-readable signal medium or a machine-readable storage medium. Machine-readable media may include, but are not limited to, electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared, or semiconductor systems, devices, or instruments, or any suitable combination thereof. More specific examples of machine-readable storage media include electrical connections based on one or more cables, portable computer disks, hard disks, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), erasable programmable Read only memory (EPROM or flash memory), optical fiber, compact disc read only memory (CD-ROM), optical storage, magnetic storage, or any suitable combination thereof may be included.
ユーザとのインタラクションを提供するために、ここで説明するシステムと技術は、ユーザに情報を表示するための表示装置(例えば、CRT(陰極線管)又はLCD(液晶ディスプレイ)モニタ)と、キーボード及びポインティングデバイス(例えば、マウス又はトラックボール)とを備えるコンピュータ上で実装することができ、ユーザが該キーボード及び当該ポインティング装置を介してコンピュータに入力を提供できる。他の種類の装置は、ユーザとのインタラクションを提供するために用いられ得る。例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバックであるいかなる形態のセンシングフィードバックであってもよく、且つ音入力、音声入力若しくは触覚入力を含むいかなる形態でユーザからの入力を受信してもよい。 To provide user interaction, the systems and techniques described herein use a display device (e.g., a CRT (cathode ray tube) or LCD (liquid crystal display) monitor) to display information to the user, a keyboard and pointing device. It can be implemented on a computer with a device (eg, a mouse or trackball), and a user can provide input to the computer via the keyboard and the pointing device. Other types of devices can be used to provide interaction with the user. For example, the feedback provided to the user may be any form of sensing feedback, e.g., visual, auditory, or tactile feedback, and any form of input from the user, including sound, audio, or tactile input. may receive input from
ここで説明したシステム及び技術は、バックグラウンドコンポーネントを含むコンピューティングシステム(例えば、データサーバ)に実施されてもよく、又はミドルウェアコンポーネントを含むコンピューティングシステム(例えば、アプリケーションサーバ)に実施されてもよく、又はフロントエンドコンポーネントを含むコンピューティングシステム(例えば、グラフィカルユーザインタフェース又はウェブブラウザを有するユーザコンピュータ)に実施されてもよく、ユーザは当該グラフィカルユーザインタフェース又はウェブブラウザを介してここで説明したシステム及び技術の実施形態とインタラクションしてもよく、又はこのようなバックグラウンドコンポーネント、ミドルウェアコンポーネント又はフロントエンドコンポーネントのいずれかの組み合わせを含むコンピューティングシステムに実施されてもよい。また、システムの各コンポーネントの間は、通信ネットワーク等の任意の形態又は媒体を介してデジタルデータ通信により接続されていてもよい。通信ネットワークとしては、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)及びインターネットなどを含む。 The systems and techniques described herein may be implemented in computing systems that include background components (e.g., data servers) or may be implemented in computing systems that include middleware components (e.g., application servers). , or on a computing system that includes front-end components (e.g., a user computer having a graphical user interface or web browser), through which a user can interact with the systems and techniques described herein. or may be implemented in a computing system that includes any combination of such background, middleware, or front-end components. Further, each component of the system may be connected by digital data communication via any form or medium such as a communication network. Communication networks include local area networks (LAN), wide area networks (WAN), the Internet, and the like.
コンピュータシステムは、クライアントとサーバとを含んでもよい。クライアントとサーバは、通常、互いに離れており、通信ネットワークを介してインタラクションを行う。クライアントとサーバとの関係は、対応するコンピュータ上で動作し且つクライアント-サーバの関係をそれぞれ有するコンピュータプログラムによって生成される。サーバは、クラウドサーバであってもよいし、分散式システムのサーバであってもよいし、又は、ブロックチェーンと組み合せられたサーバであってもよい。 The computer system can include clients and servers. A client and server are typically remote from each other and interact through a communication network. The relationship of client and server is created by computer programs running on the corresponding computers and each having a client-server relationship. The server may be a cloud server, a server of a distributed system, or a server combined with a blockchain.
上述した様々な形態のフローを用いて、ステップを並び替え、追加又は削除を行うことができることは理解されるべきである。例えば、本出願に記載された各ステップは、本出願に開示された技術方案の所望の結果が達成できる限り、並行して実行されてもよく、順番に実行されてもよく、異なる順序で実行されてもよい。本明細書はここではそれを限定しない。 It should be appreciated that steps may be rearranged, added or deleted from the various forms of flow described above. For example, each step described in this application can be performed in parallel, in sequence, or in a different order, as long as the desired result of the technical solution disclosed in this application can be achieved. may be The specification does not limit it here.
上記具体的な実施形態は、本出願の保護範囲を限定するものではない。当業者であれば、設計要件及び他の要因に応じて、様々な修正、組み合わせ、サブコンビネーション、及び代替を行うことができることを理解すべきである。本開示の精神および原則から逸脱せずに行われるいかなる修正、同等物による置換や改良等などは、いずれも本開示の保護範囲に含まれるものである。 The above specific embodiments are not intended to limit the protection scope of the present application. It should be understood by those skilled in the art that various modifications, combinations, subcombinations, and substitutions can be made depending on design requirements and other factors. Any modification, equivalent replacement, improvement, etc. without departing from the spirit and principle of this disclosure shall fall within the protection scope of this disclosure.
Claims (17)
ターゲット変換関係に基づいて、第1量子状態の第1量子システムを構築することであって、前記第1量子状態は、K個の初期量子状態を含み、前記ターゲット変換関係は、N個の前記初期量子状態とM個のターゲット量子状態との変換関係であり、前記第1量子システムは、M個の第1量子状態成分を含み、前記第1量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記第1量子状態を得ることができ、NとMは、いずれも1より大きい整数であり、NはM以上であり、Kは、NをMで割った値を基に小数点以下切り上げて得られたものであることと、
前記第1量子状態及び第2量子状態に基づいて、補助量子状態の第2量子システムを構築することであって、前記第2量子状態は、プリセット量子状態に基づいて前記ターゲット量子状態を前記第1量子状態のヒルベルト空間に埋め込んで得られたものであり、前記第2量子システムは、M-1個の第1サブ量子システムを含み、前記第1サブ量子システムは、M個の第2量子状態成分を含み、前記第2量子状態成分は、前記第1量子状態又は前記第2量子状態であり、前記第2量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記補助量子状態を得ることができることと、
前記ターゲット変換関係での量子状態の変換操作、前記第1量子システム及び前記第2量子システムに基づいて、K個の前記初期量子状態及び前記補助量子状態に対して量子状態の変換を行い、前記ターゲット量子状態及び前記補助量子状態を得ることと、を含む、量子状態の変換方法。 A quantum state transformation method comprising:
constructing a first quantum system in a first quantum state based on a target transformation relation, said first quantum state comprising K initial quantum states, said target transformation relation comprising N said A transformation relationship between an initial quantum state and M target quantum states, wherein the first quantum system includes M first quantum state components, the first quantum state components being superimposed with uniform probability. can obtain the first quantum state, N and M are both integers greater than 1, N is greater than or equal to M, and K is the value obtained by dividing N by M, rounded up to the nearest whole number and
constructing a second quantum system of auxiliary quantum states based on the first quantum state and the second quantum state, the second quantum state transforming the target quantum state to the second quantum state based on a preset quantum state; obtained by embedding in a Hilbert space of one quantum state, wherein the second quantum system includes M−1 first sub-quantum systems, and the first sub-quantum system includes M second quantum a state component, wherein the second quantum state component is the first quantum state or the second quantum state; and the second quantum state component is superimposed with uniform probability to obtain the auxiliary quantum state. what you can do and
performing quantum state transformation on the K initial quantum states and the auxiliary quantum states based on the quantum state transformation operation in the target transformation relation, the first quantum system and the second quantum system; obtaining a target quantum state and the auxiliary quantum state.
次元指標のM個の状態に基づいて、M-1個の前記第1サブ量子システムの、各前記状態が指示する次元での前記第2量子状態成分を構築し、前記第2量子システムを得ることであって、前記次元指標は、前記第2量子状態成分の次元を指示するために用いられることと、
前記状態が指示する次元はiである場合、M-1個の前記第1サブ量子システムのうちの最初のi-1個のサブ量子システムの、i個の目の次元での前記第2量子状態成分を前記第1量子状態と設定し、M-1個の前記第1サブ量子システムのうちのM-i個のサブ量子システムの、i個の目の次元での前記第2量子状態成分を前記第2量子状態と設定することであって、iはM以下の正の整数であることと、を含む
請求項1に記載の方法。 Constructing a second quantum system of auxiliary quantum states based on the first quantum state and the second quantum state includes:
constructing the second quantum state components in the dimension indicated by each of the states of the M−1 first sub-quantum systems based on the M states of the dimension index to obtain the second quantum system; wherein the dimension index is used to indicate the dimension of the second quantum state component;
when the dimension indicated by the state is i, the second quantum in the i-th dimension of the first i-1 sub-quantum systems among the M-1 first sub-quantum systems; setting the state component as the first quantum state, and determining the second quantum state component in the i-th dimension of Mi sub-quantum systems among the M-1 first sub-quantum systems; as the second quantum state, wherein i is a positive integer less than or equal to M.
前記ターゲット変換関係での量子状態の変換操作、前記第1量子システム及び前記第2量子システムに基づいて、K個の前記初期量子状態及び前記補助量子状態に対して量子状態の変換を行い、前記ターゲット量子状態及び前記補助量子状態を得ることは、
前記第1量子システムと前記第2量子システムとをスティッチングし、第1ターゲット量子システムを得ることであって、前記第1ターゲット量子システムにおいて前記第1量子システムは、前記第2量子システムの前に配列されることと、
M個の第3量子状態成分に対して前記量子状態の変換操作を実行し、第2ターゲット量子システムを得ることであって、M個の前記第3量子状態成分は、前記第1量子状態成分及びM-1個の前記ターゲット量子状態成分を含み、前記量子状態の変換操作は、M個の前記第1量子状態をM個の前記第2量子状態に変換することを含むことと、
前記第2ターゲット量子システムに対して量子状態の交換操作を実行し、第3ターゲット量子システムを得ることであって、前記第3ターゲット量子システムにおける第2サブ量子システムは、M個の前記第2量子状態を含み、前記第2サブ量子システムは、M-1個の第3サブ量子システムの前に配列され、前記第3サブ量子システムは、前記第3ターゲット量子システムにおける前記第2サブ量子システム以外の他のサブ量子システムであり、M-1個の前記第3サブ量子システムとM-1個の前記第1サブ量子システムは同一であることと、
前記第2サブ量子システムに対して還元操作を実行し、前記ターゲット量子状態を得ることと、
M-1個の前記第3サブ量子システムにおける各次元の量子状態成分を均一な確率で重畳し、前記補助量子状態を得ることと、を含む
請求項1に記載の方法。 The second quantum system includes M−1 target quantum state components, the M−1 target quantum state components are located in the same dimension, and the M−1 target quantum state components are are the same, and the target quantum state component is the first quantum state;
performing quantum state transformation on the K initial quantum states and the auxiliary quantum states based on the quantum state transformation operation in the target transformation relation, the first quantum system and the second quantum system; Obtaining a target quantum state and said auxiliary quantum state comprises:
stitching the first quantum system and the second quantum system to obtain a first target quantum system, wherein in the first target quantum system the first quantum system is before the second quantum system; be arranged in
performing the quantum state transformation operation on M third quantum state components to obtain a second target quantum system, wherein the M third quantum state components are the first quantum state components; and M−1 of the target quantum state components, wherein the quantum state transformation operation comprises transforming M of the first quantum states into M of the second quantum states;
performing a quantum state swap operation on the second target quantum system to obtain a third target quantum system, wherein the second sub-quantum systems in the third target quantum system comprise M the second comprising quantum states, wherein the second sub-quantum system is arranged before M-1 third sub-quantum systems, the third sub-quantum systems being the second sub-quantum systems in the third target quantum system; is another sub-quantum system other than, and the M-1 third sub-quantum systems and the M-1 first sub-quantum systems are the same;
performing a reduction operation on the second sub-quantum system to obtain the target quantum state;
2. The method of claim 1, further comprising: convolving quantum state components of each dimension in the M-1 third sub-quantum systems with uniform probability to obtain the auxiliary quantum state.
次元を基準とし、前記第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対して第1ローテーション操作を実行し、第4ターゲット量子システムを得ることと、
サブ量子システムを基準とし、前記第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対して第2ローテーション操作を実行し、前記第3ターゲット量子システムを得ることと、を含む
請求項3に記載の方法。 performing a quantum state swap operation on the second target quantum system to obtain a third target quantum system;
taking a dimension as a reference and performing a first rotation operation on the quantum state components of each dimension in the second target quantum system to obtain a fourth target quantum system;
4. The method of claim 3, comprising taking a sub-quantum system as a reference and performing a second rotation operation on each sub-quantum system in the fourth target quantum system to obtain the third target quantum system.
次元の昇順に従って、ローテーションステップサイズを1として前記第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対してローテーションを行い、第4ターゲット量子システムを得ることを含む
請求項4に記載の方法。 Taking a dimension as a reference, performing a first rotation operation on quantum state components of each dimension in the second target quantum system to obtain a fourth target quantum system includes:
5. The method of claim 4, comprising rotating the quantum state components of each dimension in the second target quantum system with a rotation step size of 1 according to ascending order of dimensions to obtain a fourth target quantum system.
サブ量子システムの前から後ろへの配列順番に従って、ローテーションステップサイズを1として前記第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対してローテーションを行い、前記第3ターゲット量子システムを得ることを含む
請求項4に記載の方法。 taking a sub-quantum system as a reference and performing a second rotation operation on each sub-quantum system in the fourth target quantum system to obtain the third target quantum system;
rotating each sub-quantum system in the fourth target quantum system with a rotation step size of 1 according to the front-to-back arrangement order of the sub-quantum systems to obtain the third target quantum system. 4. The method described in 4.
M個の前記第2量子状態に埋め込まれた前記プリセット量子状態を削除し、第4サブ量子システムを得ることであって、前記第4サブ量子システムは、M個の第3量子状態を含み、前記第3量子状態は、前記プリセット量子状態を削除した後で得られた量子状態であることと、
M個の前記第3量子状態を均一な確率で重畳し、前記ターゲット量子状態を得ることと、を含む
請求項3に記載の方法。 performing a reduction operation on the second sub-quantum system to obtain the target quantum state;
removing the preset quantum states embedded in the M second quantum states to obtain a fourth sub-quantum system, the fourth sub-quantum system including M third quantum states; the third quantum state is a quantum state obtained after deleting the preset quantum state;
4. The method of claim 3, comprising convolving the M third quantum states with uniform probability to obtain the target quantum state.
ターゲット変換関係に基づいて、第1量子状態の第1量子システムを構築するように構成される第1構築モジュールであって、前記第1量子状態は、K個の初期量子状態を含み、前記ターゲット変換関係は、N個の前記初期量子状態とM個のターゲット量子状態との変換関係であり、前記第1量子システムは、M個の第1量子状態成分を含み、前記第1量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記第1量子状態を得ることができ、NとMは、いずれも1より大きい整数であり、NはM以上であり、Kは、NをMで割った値を基に小数点以下切り上げて得られたものである第1構築モジュールと、
前記第1量子状態及び第2量子状態に基づいて、補助量子状態の第2量子システムを構築するように構成される第2構築モジュールであって、前記第2量子状態は、プリセット量子状態に基づいて前記ターゲット量子状態を前記第1量子状態のヒルベルト空間に埋め込んで得られたものであり、前記第2量子システムは、M-1個の第1サブ量子システムを含み、前記第1サブ量子システムは、M個の第2量子状態成分を含み、前記第2量子状態成分は、前記第1量子状態又は前記第2量子状態であり、前記第2量子状態成分は、均一な確率で重畳されることにより前記補助量子状態を得ることができる第2構築モジュールと、
前記ターゲット変換関係での量子状態の変換操作、前記第1量子システム及び前記第2量子システムに基づいて、K個の前記初期量子状態及び前記補助量子状態に対して量子状態の変換を行い、前記ターゲット量子状態及び前記補助量子状態を得るように構成される量子状態の変換モジュールと、を含む、量子状態の変換装置。 A quantum state converter, comprising:
A first construction module configured to construct a first quantum system in a first quantum state based on a target transformation relation, wherein the first quantum state includes K initial quantum states and the target A transformation relation is a transformation relation between the N initial quantum states and M target quantum states, the first quantum system including M first quantum state components, the first quantum state components being , the first quantum state can be obtained by being superposed with uniform probability, N and M are both integers greater than 1, N is greater than or equal to M, and K is N divided by M. a first construction module obtained by rounding up the decimal point based on the value obtained;
a second construction module configured to construct a second quantum system of auxiliary quantum states based on the first quantum state and a second quantum state, wherein the second quantum state is based on a preset quantum state; is obtained by embedding the target quantum state in the Hilbert space of the first quantum state, wherein the second quantum system includes M−1 first sub-quantum systems, and the first sub-quantum system includes M second quantum state components, wherein said second quantum state components are said first quantum state or said second quantum state, and said second quantum state components are superimposed with uniform probability a second construction module capable of obtaining said auxiliary quantum state by
performing quantum state transformation on the K initial quantum states and the auxiliary quantum states based on the quantum state transformation operation in the target transformation relation, the first quantum system and the second quantum system; a quantum state transformation module configured to obtain a target quantum state and the auxiliary quantum state.
次元指標のM個の状態に基づいて、M-1個の前記第1サブ量子システムの、各前記状態が指示する次元での前記第2量子状態成分を構築し、前記第2量子システムを得ることであって、前記次元指標は、前記第2量子状態成分の次元を指示するために用いられることと、
前記状態が指示する次元はiである場合、M-1個の前記第1サブ量子システムのうちの最初のi-1個のサブ量子システムの、i個の目の次元での前記第2量子状態成分を前記第1量子状態と設定し、M-1個の前記第1サブ量子システムのうちのM-i個のサブ量子システムの、i個の目の次元での前記第2量子状態成分を前記第2量子状態と設定することであって、iはM以下の正の整数であることと、を実行するように構成される
請求項8に記載の装置。 Specifically, the second construction module includes:
constructing the second quantum state components in the dimension indicated by each of the states of the M−1 first sub-quantum systems based on the M states of the dimension index to obtain the second quantum system; wherein the dimension index is used to indicate the dimension of the second quantum state component;
when the dimension indicated by the state is i, the second quantum in the i-th dimension of the first i-1 sub-quantum systems among the M-1 first sub-quantum systems; setting the state component as the first quantum state, and determining the second quantum state component in the i-th dimension of Mi sub-quantum systems among the M-1 first sub-quantum systems; as the second quantum state, wherein i is a positive integer less than or equal to M.
前記第1量子システムと前記第2量子システムとをスティッチングし、第1ターゲット量子システムを得るように構成されるスティッチングサブモジュールであって、前記第1ターゲット量子システムにおいて前記第1量子システムは、前記第2量子システムの前に配列されるスティッチングサブモジュールと、
M個の第3量子状態成分に対して前記量子状態の変換操作を実行し、第2ターゲット量子システムを得るように構成される第1操作サブモジュールであって、M個の前記第3量子状態成分は、前記第1量子状態成分及びM-1個の前記ターゲット量子状態成分を含み、前記量子状態の変換操作は、M個の前記第1量子状態をM個の前記第2量子状態に変換することを含む第1操作サブモジュールと、
前記第2ターゲット量子システムに対して量子状態の交換操作を実行し、第3ターゲット量子システムを得るように構成される第2操作サブモジュールであって、前記第3ターゲット量子システムにおける第2サブ量子システムは、M個の前記第2量子状態を含み、前記第2サブ量子システムは、M-1個の第3サブ量子システムの前に配列され、前記第3サブ量子システムは、前記第3ターゲット量子システムにおける前記第2サブ量子システム以外の他のサブ量子システムであり、M-1個の前記第3サブ量子システムとM-1個の前記第1サブ量子システムは同一である第2操作サブモジュールと、
前記第2サブ量子システムに対して還元操作を実行し、前記ターゲット量子状態を得るように構成される第3操作サブモジュールと、
M-1個の前記第3サブ量子システムにおける各次元の量子状態成分を均一な確率で重畳し、前記補助量子状態を得るように構成される重畳サブモジュールと、を含む
請求項8に記載の装置。 The second quantum system includes M−1 target quantum state components, the M−1 target quantum state components are located in the same dimension, and the M−1 target quantum state components are are identical, the target quantum state component is the first quantum state, and the quantum state transformation module comprises:
a stitching sub-module configured to stitch the first quantum system and the second quantum system to obtain a first target quantum system, wherein in the first target quantum system the first quantum system is , a stitching sub-module arranged in front of the second quantum system;
a first manipulation sub-module configured to perform a transformation operation of said quantum state on M third quantum state components to obtain a second target quantum system, wherein said M third quantum states; The components include the first quantum state component and the M−1 target quantum state components, and the quantum state transform operation transforms the M first quantum states into M the second quantum states. a first manipulation sub-module comprising:
a second manipulation sub-module configured to perform a quantum state exchange operation on the second target quantum system to obtain a third target quantum system, wherein a second sub-quantum in the third target quantum system; The system includes M said second quantum states, said second sub-quantum system being arranged in front of M-1 third sub-quantum systems, said third sub-quantum systems being aligned with said third target A second operation sub-quantum system other than the second sub-quantum system in the quantum system, wherein the M-1 third sub-quantum systems and the M-1 first sub-quantum systems are the same a module;
a third manipulation sub-module configured to perform a reduction operation on the second sub-quantum system to obtain the target quantum state;
9. The convolution sub-module configured to convolute the quantum state components of each dimension in the M−1 third sub-quantum systems with uniform probability to obtain the auxiliary quantum state. Device.
次元を基準とし、前記第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対して第1ローテーション操作を実行し、第4ターゲット量子システムを得るように構成される第1操作ユニットと、
サブ量子システムを基準とし、前記第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対して第2ローテーション操作を実行し、前記第3ターゲット量子システムを得るように構成される第2操作ユニットと、を含む
請求項10に記載の装置。 The second manipulation sub-module includes:
a first operation unit configured to take a dimension as a reference and perform a first rotation operation on quantum state components of each dimension in the second target quantum system to obtain a fourth target quantum system;
a second operation unit configured to take a sub-quantum system as a reference and perform a second rotation operation on each sub-quantum system in the fourth target quantum system to obtain the third target quantum system. 11. Apparatus according to claim 10.
次元の昇順に従って、ローテーションステップサイズを1として前記第2ターゲット量子システムにおける各次元の量子状態成分に対してローテーションを行い、第4ターゲット量子システムを得るように構成される
請求項11に記載の装置。 Specifically, the first operation unit
12. The apparatus according to claim 11, configured to rotate the quantum state components of each dimension in the second target quantum system according to ascending order of dimensions with a rotation step size of 1 to obtain a fourth target quantum system. .
サブ量子システムの前から後ろへの配列順番に従って、ローテーションステップサイズを1として前記第4ターゲット量子システムにおける各サブ量子システムに対してローテーションを行い、前記第3ターゲット量子システムを得るように構成される
請求項11に記載の装置。 Specifically, the second operation unit
rotating each sub-quantum system in the fourth target quantum system with a rotation step size of 1 according to the front-to-back arrangement order of the sub-quantum systems to obtain the third target quantum system; 12. Apparatus according to claim 11.
M個の前記第2量子状態に埋め込まれた前記プリセット量子状態を削除し、第4サブ量子システムを得ることであって、前記第4サブ量子システムは、M個の第3量子状態を含み、前記第3量子状態は、前記プリセット量子状態を削除した後で得られた量子状態であることと、
M個の前記第3量子状態を均一な確率で重畳し、前記ターゲット量子状態を得ることと、を実行するように構成される
請求項10に記載の装置。 Specifically, the third operation sub-module:
removing the preset quantum states embedded in the M second quantum states to obtain a fourth sub-quantum system, the fourth sub-quantum system including M third quantum states; the third quantum state is a quantum state obtained after deleting the preset quantum state;
11. The apparatus of claim 10, configured to: convolute the M third quantum states with uniform probability to obtain the target quantum state.
少なくとも一つのプロセッサ、及び
前記少なくとも一つのプロセッサに通信可能に接続されるメモリを含み、
前記メモリには、前記少なくとも一つのプロセッサによって実行可能な命令が記憶され、
前記命令が前記少なくとも一つのプロセッサによって実行されるとき、前記少なくとも一つのプロセッサに請求項1~7のうちのいずれか1項に記載の方法を実行させる
電子機器。 an electronic device,
at least one processor; and memory communicatively coupled to the at least one processor;
the memory stores instructions executable by the at least one processor;
An electronic device that causes the at least one processor to perform the method of any one of claims 1 to 7 when the instructions are executed by the at least one processor.
非一時的コンピュータ可読記憶媒体。 A non-transitory computer-readable storage medium on which computer instructions are stored, said computer instructions being used to cause a computer to perform the method of any one of claims 1 to 7. computer readable storage medium.
コンピュータプログラム。 A computer program, comprising a computer program, for implementing the method of any one of claims 1 to 7 when said computer program is executed by a processor.
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